溶液-凝胶法制备ZnO薄膜.doc

光电技术学院 2010 级工程实践研究报告项目名称: 溶液凝胶法制备 ZnO 薄膜及其光电性能研究所在专业: 应用物理 10级导师姓名: 李旭成员姓名: 杜发洪杜沫瑶肖品诚乔严明谭勇邓鹏辉阳熊提交日期: 2013 年 01月溶胶- 凝胶法制备 ZnO 薄膜及其光电性能研究摘要宽禁带 ZnO 半导体为直接带隙材料,具有六方纤锌矿结构,较高的激予束缚能(60meV) ,室温下带隙宽度为 3. 3eV 。高质量的外延 ZnO 薄膜的制备己成为宽禁带半导体集成器件的关键技术。 ZnO 不仅是继 GaN 之后紫外发射材料研究的又一个研究热点,而且近年来 ZnO 薄膜作为 ITO 薄膜的很有发展前景的替代材料,正引起人们日益广泛的关注。掺杂 Al的 ZnO(AZO) 薄膜,由于具有与 ITO 薄膜相比拟的对可见光的高透过率和高电导,又因其在氢等离子体的高稳定性等优点,已成为替代 ITO 透明导电薄膜的研究热点。制备 ZnO 薄膜的方法有很多如溅射、化学气相沉积、脉冲激光沉积、分子束外延、溶胶一凝胶法等等,然而从实际应用的角度,这些方法大多需要真空设备,成本相对较高。而溶胶一凝胶法则避免了这点,并能在各种基片上制备均匀掺杂的薄膜。本论文研究了在载玻片和 si 基片上,溶胶一凝胶法工艺条件对薄膜的结晶、取向状况以及薄膜形貌等的影响,并探讨了溶胶一凝胶法制各 Zn O 薄膜过程中, 工艺条件对其性能的影响,以此改善工艺条件来优化薄膜结构。还研究了掺 A1 的 ZnO 薄膜的结构性能与电阻率、透射率之间的关系。关键词: 溶胶一凝胶法; ZnO 薄膜; AZO 薄膜; C 轴择优取向:电阻率 1引言氧化锌(ZnO) 属于六角晶系 6mm 点群,具有纤锌矿结构,是一种新型的 II 一Ⅵ族宽禁带半导体材料。氧化锌的优越性能主要是强烈的紫外吸收和低阀值高效光电特性,显著的量子限域效应,紫外激光发射以及压电、光催化以及载流子传输等方面的性质。因而氧化锌薄膜在半导体光电器件的集成和微型化领域占有重要的地位【 1】。最近 30多年来围绕着氧化锌薄膜的晶体结构、物化性能、成膜技术以及相关的器件开发等展开了广泛且深入的研究,使得它的各项性能和应用都获得了显著的进展。许多应用氧化锌薄膜制作的电子器件已经得到了广泛的应用,比如在 SAW(Surface Acoustic Wace ,声表面波) 器件上 ZnO 薄膜的应用,以及在透明电极、光电器件、蓝光器件等方面也有很大的应用潜力【 2】。在室温下高质量 Zn O 薄膜紫外激射的实现,使其成为一种理想的短波长发光器件材料,使这一领域倍受科研人员的重视。掺杂 A1 “的氧化锌薄膜(AZO 薄膜)是一种很有前景的材料,可以有效的取代透明导电薄膜 ITO ,用于太阳能电池( 主要用作透明电极和窗口材料) ,等离子体显示器以及建筑玻璃、汽车玻璃、冰柜玻璃等民用方面。目前,已经研究开发了许多 ZnO 薄膜的生长技术,有真空蒸发镀膜法、溅射镀膜法、射频反应离子镀膜法、喷射热解法、化学气相沉积法、脉冲激光沉积法、溶胶一凝胶法等方法。除了溶胶一凝胶法外,这些技术大多需要真空设备,生产成本高,不易实现工业化生产。溶胶一凝胶法是从纳米单元开始,在纳米尺度上进行反应,最终制备出具有纳米结构特征的材料,是制备纳米材料的特殊工艺。并且,溶胶一凝胶法制备纳米材料,具有工