电化学沉积法制备zno薄膜的研究.pdf

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摘要
摘要
ZnO 是一种六角纤锌矿结构的宽禁带直接带隙半导体材料,室温下禁带宽度
为 ,激子束缚能高达 60meV,具有高的化学稳定性以及优异的光电、压电
特性等,应用领域十分广泛,是目前电子信息材料与器件领域的研究热点之一。
本文首先对 ZnO 薄膜的功能性质、发展情况、制备技术和应用前景等进行了比较
和概述,阐述了 ZnO 在结构、光电、气敏、压敏和压电方面的特性及应用;然后
根据实验工作中对电化学沉积技术的研究实践,从基本理论、工艺设备、技术手
段三个层次,简述了电化学沉积法的原理和应用;并对采用电化学沉积方法制备
ZnO 薄膜的机理、工艺过程及 ZnO 薄膜的结构与性能进行了系统的研究。本论文
利用电化学沉积方法在 ZnO 薄膜材料制备方面开展了一系列工作,详细研究了在
两种不同溶液(水溶液与非水溶液)体系中制备 ZnO 薄膜的工艺条件与薄膜结构
与性能的关系。
本研究采用标准的三电极电化学沉积系统,以 ITO 玻璃基片为工作电极,铂
片为对电极,通过盐桥连接的 Ag/AgCl 电极作为参比电极。本论文首先通过对 ITO
玻璃基片在不同电解液中的循环伏安特性进行研究,对电化学沉积 ZnO 薄膜的生
长过程及反应机理进行了分析,并确定了溶液的浓度比、沉积电位、温度、pH 值
等基本工艺参数的范围。分别在以硝酸锌为主盐的单盐水溶液体系以及以氯化锌
为主盐的非水溶液(以二甲亚砜为溶剂)体系下,采用恒电位阴极沉积法在 ITO
玻璃基片上成功制备了有一定厚度的 ZnO 前躯体薄膜。通过对所制得的 ZnO 薄
膜样品进行 XRD、SEM、AFM、XPS 及光学、电学性能的测试分析,探讨了不
同沉积条件及退火处理对 ZnO 薄膜结构与性能的影响,得到了电沉积 ZnO 薄膜
的最佳工艺参数。研究结果表明,电化学阴极沉积法制备的 ZnO 薄膜为六角铅锌
-1
矿结构;在水溶液体系下,Zn(NO3)2 浓度为 ~ 、沉积温度为 60~
70℃、沉积电位为-~- 条件下可以获得均匀、致密结晶的 ZnO 薄膜,薄
膜在可见光区(>400nm)均表现出了较好的光学透过性质,平均透光率超过 70%,
光学带隙在 左右,薄膜电阻率在 1  cm 左右;在非水体系下,ZnCl2 浓度
为 -1、温度为 70℃、沉积电位为- 条件下得到的薄膜性能最优,达
到超过 80%的可见光透过率,光学带隙在 左右,电阻率为 6  cm ;经过退
火处理能提高 ZnO 薄膜的致密度与结晶性,使透光率增大,电阻率升高,且 Zn/O
I
摘要
原子比更接近于 1。

关键词:电化学沉积,ZnO 薄膜,退火,循环伏安
II
ABSTRACT
ABSTRACT
ZnO, which has a wurtzite structure, is a wide bandgap, low dielectric constant
and high chemical stability semiconductor. In recent years, zinc oxide (ZnO) has
attracted intense attention due to its interesting properties, such as transparency in the
visible, acoustic characteristics, high electrochemical stability, large electromechanical
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