【摘 要】
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氧化锌(ZnO)作为性能优良的半导体材料,在场致发射装置、透明导电涂层、光致发光器件和染料敏化的电极太阳能电池等领域均有广泛的应用。但ZnO在这些领域的应用取决于ZnO的晶粒尺寸和表面形貌,为此研究人员将重点放在ZnO的制备工艺上,目前制备ZnO的方法有很多,比如:化学气相沉积、溶胶-凝胶,热等离子体,喷雾热解和原子层沉积等,其中原子层沉积工艺因其能够制备无孔洞、致密度高的薄膜备受关注。为此,本文
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氧化锌(ZnO)作为性能优良的半导体材料,在场致发射装置、透明导电涂层、光致发光器件和染料敏化的电极太阳能电池等领域均有广泛的应用。但ZnO在这些领域的应用取决于ZnO的晶粒尺寸和表面形貌,为此研究人员将重点放在ZnO的制备工艺上,目前制备ZnO的方法有很多,比如:化学气相沉积、溶胶-凝胶,热等离子体,喷雾热解和原子层沉积等,其中原子层沉积工艺因其能够制备无孔洞、致密度高的薄膜备受关注。为此,本文采用空间原子层沉积(s ALD)在硅/玻璃衬底上制备了纯ZnO薄膜,并通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱技术(XPS)、霍尔(HALL)效应测量系统对样品进行了表征和分析,探究了衬底温度、退火等因素对薄膜结构、形貌、光学性能和电学性能的影响。为了探究衬底温度对ZnO薄膜性能的影响,本文在不同衬底温度(55-135℃)下制备ZnO薄膜,并进行一系列的表征分析,结果表明当ZnO沉积在折射率约为1.52的硼硅酸盐玻璃上时,所有样品在可见光和近红外光范围内的平均穿透率均超过80%,电阻率范围为(3.2-9.0)×10-3Ω·cm。透射率、带隙和折射率基本不受衬底温度影响,在55℃的衬底上沉积的薄膜具有高度的结晶性,而电阻率只是随着衬底温度的升高而略有下降。为了探究退火温度对ZnO薄膜性能的影响,在氧气和大气氛围下对ZnO进行退火处理,退火温度在300至800℃的温度范围内,通过一系列测试分析了氧空位缺陷的变化。结果表明,氧空位缺陷能够被退火处理有效抑制,特别是在500-700℃的温度范围内;随着退火温度的升高,载流子浓度降低,导致薄膜电阻率升高。此外,氧原子分离到ZnO/Si界面形成界面氧化层,导致300-400℃时ZnO薄膜缺氧,500-800℃时氧原子比下降说明退火处理还能诱导出更高的结晶度,增大晶粒尺寸,提高迁移率。在300-700℃时,折射率随退火温度的升高而增加,这可能是由于薄膜的结构致密化和结晶所致。然而,由于光损较低,退火处理对薄膜的透射率影响不大。本文研究说明,改变衬底温度和退火温度是一种调控氧化锌薄膜性质的有效方式。
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