论文部分内容阅读
ZnO作为一种宽带隙(-3.3 eV)半导体,激子束缚能达到了60 meV,室温条件下性质较稳定。ZnO具有良好的机电耦合性能,热稳定性及化学稳定性,且具有优异的光电磁特性。ZnO在气敏、压电、太阳能电池等领域有着广泛的应用前景。ZnO基薄膜以其无限的潜在价值,尤其在透明导电薄膜方面巨大的应用前景,引起了相关科研人员的重视和关注。本论文针对Al-Zr共掺杂的ZnO薄膜的制备及电学和光学性能,展开了相关的研究工作。主要的研究内容有：1.介绍纳米材料的研究背景,ZnO基薄膜的应用情况,并介绍了ZnO基透明导电薄膜的制备方法及本论文所应用的实验表征分析手段。2.利用射频磁控溅射法制备了纯ZnO薄膜,也制备了单一Al、Zr掺杂的ZnO薄膜,并对其做了结构、形貌、电学和光学性能的表征。Al掺杂的ZnO薄膜退火后的电阻率为6.1×10-2Ω·cm,Zr掺杂的薄膜电阻率也在退火后达到了0.16Ω·cm。所有的薄膜的光学透过率在退火前后都超过了80%。3.利用射频磁控溅射法制备了Al-Zr共掺杂的ZnO薄膜,并对其做了400℃退火—小时的处理。实验结果表明,在沉积时间为30mins、400℃退火一小时条件下,薄膜电阻率达到最小值9.93×10-3ΩΩ.cm。所有薄膜在可见光范围内的光学透过率都在90%以上,掺杂后的薄膜的光学带隙都比纯ZnO的大,而退火后的薄膜的光学带隙也比退火前的大,可以解释为Burstein-Moss效应。4.利用射频磁控溅射法制备了Al-Zr共掺杂的ZnO薄膜。实验结果表明,薄膜表面的纳米片结构其形成过程与用化学方法所得到的样品的形成过程有所差异,是由薄膜内部成份经历迁移扩散、形核长大而形成的。对退火后的ZnO薄膜做了高分辨透射电镜(HRTEM)及选区电子衍射(SAED)测试和分析,结果表明ZnO纳米片具有良好的结晶特性。退火后薄膜的光学透过率较退火前有所下降,这可能与ZnO簇状纳米片使薄膜内部的界面增多、对光的散射作用有关。薄膜的光学带隙出现宽化现象。