ZnO-SnO2透明导电薄膜光电特性研究【开题报告】.doc

毕业设计开题报告电气工程与自动化ZnO-SnO2透明导电薄膜光电特性研究选题的背景与意义:随着电子信息产业的迅猛发展,透明导电薄膜材料被广泛应用于半导体集成电路、平面显示器、抗静电涂层等诸多领域,市场规模巨大。透明导电薄膜的概述自然界中往往透明的物质不导电,如玻璃、水晶、水等,导电的或者说导电性好的物质往往又不透明,如金属材料、石墨等。但是在许多场合恰恰需要某一种物体既导电又透明,例如液晶显示器、等离子体显示器等平板显示器和太阳能电池光电板中的电极材料就是需要既导电又透明的物质。透明导电薄膜是薄膜材料科学中最重要的领域之一,它的基本特性是在可见光范围内,具有低电阻率,高透射率,也就是说,它是一种既有高的导电性,又对可见光有很好的透光性,而对红外光有较高反射性的薄膜。正是因为它优异的光电性能,它被广泛的应用在各种光电器件中,例如:平面液晶显示器(LCD),太阳能电池,节能视窗,汽车、飞机的挡风玻璃等。自从1907年Badeker制作出CdO透明导电薄膜以后,人们先后研制出了In2O3,SnO2,ZnO等为基体的透明导电薄膜。目前世界研究最多的是掺锡In2O3(简称ITO)透明导电薄膜,掺铝ZnO(简称AZO)透明导电薄膜。同时,人们还开发了CdInO4、Cd2SnO4、Zn2SnO4等多元透明氧化物薄膜。SnO2基薄膜SnO2(Tinoxide,简称TO)是一种宽禁带半导体材料,其禁带宽度Eg=,n型半导体。本征SnO2薄膜导电性很差,因而得到广泛应用的是掺杂的SnO2薄膜。对于SnO2来说,五价元素的掺杂均能在禁带中形成浅施主能级,从而大大改善薄膜的导电性能。目前应用最多、应用最广的是掺***二氧化锡(SnO2:F,简称FTO)薄膜和掺锑二氧化锡(SnO2:Sb,简称ATO)薄膜。SnO2:Sb薄膜中的Sb通常以替代原子的形式替代Sn的位置。掺杂Sb浓度不同,电阻率不同,%-3%(mol)的范围对应电阻率为10-3Ω·cm,可见光透过率在80%-90%。SnO2:F薄膜热稳定性好、化学稳定性好、硬度高、生产设备简单、工艺周期短、原材料价格廉价、生产成本低,用热解法制得的FTO薄膜电阻率约为6×10-4Ω·cm,可见光范围内的透过率在80%以上。ZnO基薄膜ZnO是一类重要的宽禁带Ⅱ—Ⅵ族化合物半导体材料,结构为六方纤锌矿型,属n型氧化物半导体,,对可见光的透明性好。ZnO薄膜原料丰富、成本廉价、性能优异,成为国外科学工作者研究的热点。作为Ⅱ—Ⅵ族化合物的氧化锌,Ⅲ族元素和Ⅶ族元素原子可以占据Ⅱ族和Ⅵ族元素的位置而起施主的作用。在ZnO中掺入Ga、Al、In或F离子能改善ZnO薄膜的光学和电学性能。其中ZnO:Al的研究最广泛和最深入,目前已经在薄膜太阳能电池中取得了部分应用。许多实验研究发现Al2O3的含量为2%-3%(wt)时,对提高导电效率最好,ZnO靶材中掺入2%(wt)的Al2O3,能使膜的电阻率降低至2×10-4Ω·cm,可见光透过率在80%以上。ZnO-SnO2薄膜以及课题研究意义目前,ITO膜、ZnO:Al膜和SnO2:F膜是最常用的氧化物薄膜。然而ITO透明导电薄膜虽然有优良的光电性能,但是却存在铟扩散导致器件性能衰减问题;与ITO和SnO2相比,ZnO在氢等离子体中具有更好的稳