磁控溅射Ti掺杂及Ti_Al共掺ZnO薄膜结构及性能的研究

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ZnO作为一种新型的半导体材料,兼具有光、电、铁电、压电等特性,近几十年,成为备受关注的新型功能材料。本文采用射频磁控溅射技术在硅和玻璃基底上分别沉积了Ti掺杂ZnO(TZO)薄膜和Ti_Al共掺杂ZnO(TAZO)薄膜。分别利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、UV-3600紫外-可见分光光度计(UV/VIS)光学测试系统、HMS-2000霍尔效应测试系统等多种表征手段,研究了不同Ti掺杂量、溅射功率和氧分压对TZO薄膜微观结构和光电性能的影响,以及不同Al掺杂量、氧分压对TAZO薄膜微观结构和光电性能的影响。研究结果如下:  XRD检测发现Ti和Ti_Al掺杂ZnO薄膜均为六角纤锌矿结构,具有良好的c轴择优取向。当Ti掺杂为3at%时,TZO薄膜的(002)衍射峰具有最小的半高宽,这是因为Ti掺杂在一定程度上刺激了TZO薄膜晶粒的生长,使得薄膜结晶质量提高,此时为2.08×10-3Ω·cm,此时载流子浓度为1.37×1019·cm-3;当Ti掺杂量过高时,过量的Ti存在于TZO薄膜晶格中,导致晶格间界形成缺陷结晶质量下降。溅射功率和氧分压对薄膜样品的沉积速率有非常显著的影响,当溅射功率为100W时,沉积速率最大,此时的薄膜表面形貌最为平整、致密。所有样品在可见光区内的平均透过率均在80%以上。最后结果表明在同样改变氧分压的实验条件下TZO薄膜比TAZO薄膜成膜速率更快、更容易成膜,并且薄膜的结晶质量要优于TAZO薄膜。TAZO薄膜的导电能力要优于TZO薄膜。
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