论文摘要
ZnO是一种直接带隙半导体材料,属于六方纤锌矿结构。由于（002）晶面的表面自由能最低,晶体有C轴择优取向的特性。作为一种直接带隙宽禁带半导体材料,ZnO最具潜力的应用是在光电器件领域。IIIA族元素Al, In, Ga等原子掺杂的ZnO透明导电膜作为一种重要的光电子信息材料也得到了广泛的研究,本文主要研究A1原子掺杂的ZnO薄膜,即ZAO薄膜。ZAO薄膜具有与ITO薄膜可比拟的光学、电学性质,而且在高温条件下,它的成分不易与氢发生互扩散,因此在活性氢和氢等离子体环境中化学稳定性高,不易使太阳能电池材料活性降低,是最有开发潜力的透明导电薄膜,可望成为ITO薄膜最佳的替代者,推动廉价透明导电薄膜的发展。本文利用射频磁控溅射技术完成了A1掺杂ZnO （ ZAO）薄膜的制备。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外-可见光分光光谱仪、四探针测试仪等对制备的A1原子掺杂的ZnO薄膜进行了表征和性能研究。研究表明:1.研究氧氩流量比对ZAO薄膜（使用金属靶材制备薄膜时）:随温度升高制备优质薄膜所需要反应的氧气量增加（即氧氩流量比增加）。可能是由于温度高时,锌原子跟氧原子反应充分,从而参与反应的氧原子数目也要相应增加;同一氧氩流量比1:25时,200℃下制备的ZAO薄膜有最佳的透光性,温度更高或者更低都导致薄膜的透光性能变差;氧气比例增大时薄膜透过率增加同时电阻率增大。2.研究铝掺杂量和衬底温度对薄膜结构、电学和光学性能的影响（使用陶瓷靶和金属铝） Al掺杂导致薄膜的吸收边向短波方向移动;铝掺杂量对薄膜的结构和电阻率有较大的影响,但对可见光透过率的影响不明显;衬底温度对薄膜的光电性能没有明显影响。3 .研究ZAO/Ti/ZAO薄膜中Ti夹层对薄膜光电性能的影响（使用陶瓷靶）用射频溅射方法制备了ZAO/Ti/ZAO薄膜,Ti夹层结构可以极大改良透明导电薄膜的性能。跟ZAO薄膜相比, ZAO/Ti/ZAO薄膜因为金属Ti的扩散机制而使得电学性能大为提高。如果Ti的沉积时间小于60秒,ZAO/Ti/ZAO薄膜光学性能几乎不受影响,沉积时间大于120s薄膜的透光率下降。本实验获得的Z/T/Z薄膜的最佳电阻率为1.20×10-2Ω·cm,透光率接近90%。