ZnO/Cu（Ag、Al）/ZnO多层膜的透射理论模拟及其实验研究

论文摘要

近年来,随着液晶显示器的迅速普及,以及太阳能电池的蓬勃发展,透明电极的需求量正在快速增加。在透明导电氧化物材料中,氧化铟锡(ITO)因其具有优异的光电性能而得到最广泛的应用,但是因为金属铟是稀有金属,所以ITO的造价比较高,而ZnO基透明导电薄膜因为原材料丰富、低廉、无毒且具有优良的光电性能而有望成为ITO的代替品。ZnO是宽禁带半导体,因此在可见光范围具有很好的透光性,ZnO本身导电性极差,所以需要进行适当掺杂才能具有良好的导电性,而ZnO/metal/ZnO结构可以看作对ZnO进行了掺杂,而且这种结构制备简单,掺杂可控,透射率高、导电性好,还可以控制透射范围,所以具有一定的研究意义。ZnO/Ag/ZnO已经做得非常成功,但是Ag也是贵金属,而Cu的导电性与Ag相差不多,且价格低廉,这样就使得ZnO/Cu/ZnO更具实用意义,所以本论文以ZnO/Cu/ZnO为主要研究对象。本论文所做工作共分为三个部分,具体内容如下:第一部分:利用Matlab对ZnO/metal/ZnO多层膜的透射率进行了理论模拟计算,以找出各层厚度对膜系透射率的影响,为实验提供理论指导。第二部分:利用磁控溅射法制备ZnO样品,在确定样品确为ZnO之后,对各参数对ZnO薄膜的影响进行了研究,包括溅射功率、氩氧流量比、溅射压强和后期的热处理。第三部分:制备ZnO/Cu/ZnO样品,研究了ZnO和Cu的厚度以及氩氧流量比和热处理对样品导电性和透射率的影响,并且对ZnO/metal/ZnO的导电机理进行了分析。实验最终得到了透射率在83%、方块电阻为9.7Ω的同时具有高透射率和低电阻率的ZnO/Cu/ZnO多层膜样品。

论文目录

• 内容提要
• 第1章 绪论
• 1.1 ZnO的基本性质
• 1.2 ZnO的应用前景
• 1.2.1 透明电极
• 1.2.2 紫外光探测器
• 1.2.3 发光器件
• 1.2.4 气体传感器
• 1.3 ZnO的掺杂和多层膜的研究现状
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第2章 ZnO/metal/ZnO透射理论模拟
• 2.1 Matlab模拟计算透射率的理论基础
• 2.2 ZnO层厚度对ZnO/metal/ZnO膜系透射率的影响
• 2.3 metal层厚度对ZnO/metal/ZnO膜系透射率的影响
• 2.4 两层ZnO的厚度差异对ZnO/metal/ZnO膜系透射率的影响
• 2.5 层数对ZnO/metal/ZnO膜系透射率的影响
• 2.6 本章小结
• 第3章 薄膜的制备和表征
• 3.1 磁控溅射原理
• 3.2 薄膜的形成
• 3.3 镀膜设备介绍
• 3.4 磁控溅射流程
• 3.5 检测手段
• 3.5.1 X射线衍射物相分析（XRD）
• 3.5.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 3.5.3 透射谱
• 3.5.4 膜厚测量
• 3.5.5 四探针法测方块电阻
• 第4章 ZnO薄膜沉积及其参数研究
• 4.1 ZnO薄膜的确定
• 4.2 溅射功率对ZnO结构、形貌和透射率的影响
• 4.3 氩氧流量比对ZnO形貌和结构的影响
• 4.4 溅射压强对ZnO结构、形貌和透射率的影响
• 4.5 退火处理对ZnO形貌和结构的影响
• 4.6 薄膜厚度与沉积时间的关系
• 4.7 本章小结
• 第5章 ZnO/Cu/ZnO的透光和导电特性研究
• 5.1 ZnO层厚度对透光和导电特性的影响
• 5.2 Cu层对膜系透光和导电特性的影响
• 5.3 氩氧流量比对膜系透光和导电特性的影响
• 5.4 热处理温度对膜系透光和导电特性的影响
• 5.5 样品的透射谱与理论计算的比较
• 5.6 ZnO/metal/ZnO导电机理分析
• 5.7 本章小结
• 论文总结
• 参考文献
• 致谢
• 中文摘要
• Abstract