Sol-Gel法制备掺铝氧化锌薄膜及其性能研究

论文摘要

掺铝氧化锌（ZnO:Al）薄膜是一种重要的宽禁带半导体材料,具有可见光透过率高、紫外光吸收的特点。ZnO:Al薄膜的紫外吸收边可随掺铝浓度增加而蓝移,此性质在短波光电器件领域具有潜在的应用价值,如紫外探测器件领域,因此对掺铝氧化锌薄膜的制备及其性能研究具有重要的现实意义。本论文主要从事ZnO:Al薄膜的制备及其结构、性能的探索研究,为制备ZnO:Al薄膜紫外探测器提供实验依据。采用Sol-Gel法在普通玻璃、石英及Si（100）衬底上制备了ZnO薄膜,分析了衬底、薄膜厚度、预处理温度及退火温度对薄膜结构的影响。实验结果分析表明:Si（100）衬底上制备的ZnO薄膜结晶质量较好,预处理及退火温度升高有利于ZnO薄膜的结晶。采用Sol-Gel法制备了ZnO:Al薄膜,并对其结构、性能进行了详细的研究。X射线衍射分析表明,当掺铝浓度在0%30%范围内时,其（002）衍射峰强度随掺铝浓度增加而降低。X射线光电子能谱分析表明:ZnO:Al薄膜中O1s电子结合能随掺铝浓度增加而增大,Zn外层电子结合能受掺铝浓度的影响较小,仅在掺铝浓度达到30%时才有明显的化学位移,约0.40.5eV。吸收谱分析表明:ZnO:Al薄膜的紫外吸收边随掺铝浓度增加而蓝移,掺铝浓度为20%～50%的薄膜紫外吸收边截止波长蓝移至300nm以下。ZnO:Al薄膜的光电性能分析表明,30%掺铝浓度的薄膜具有较好的紫外响应特性,在260nm紫外光照射下（5V偏压下）,光电流可达到400μA。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 氧化锌的基本性质
• 1.2 掺铝氧化锌薄膜研究动态及其应用
• 1.2.1 透明导电膜
• 1.2.2 红外反射膜
• 1.2.3 发光二极管
• 1.2.4 气体传感器
• 1.2.5 压敏器件
• 1.2.6 紫外探测器
• 1.3 掺铝氧化锌薄膜的制备方法
• 1.3.1 反应蒸发法
• 1.3.2 电子束蒸发法
• 1.3.3 脉冲激光沉积法
• 1.3.4 化学气相沉积法
• 1.3.5 原子层外延法
• 1.3.6 喷雾热分解法
• 1.3.7 溅射法
• 1.3.8 溶胶-凝胶法
• 1.4 本论文选题意义及研究内容
• 第二章 掺铝氧化锌薄膜表征手段
• 2.1 X 射线衍射（XRD）
• 2.2 X 射线光电子能谱（XPS）
• 2.3 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.4 紫外-可见分光光度计（UV-VIS）
• 2.5 光致发光谱（PL）
• 第三章 SOL-GEL 法制备掺铝氧化锌薄膜
• 3.1 制备溶胶
• 3.2 处理衬底
• 3.3 成膜
• 3.4 预处理
• 3.5 退火
• 第四章 实验结果及分析
• 4.1 氧化锌薄膜结构分析
• 4.1.1 衬底对氧化锌薄膜结构的影响
• 4.1.2 预处理温度对氧化锌薄膜结构的影响
• 4.1.3 退火温度对氧化锌薄膜结构的影响
• 4.1.4 厚度对氧化锌薄膜结构的影响
• 4.2 掺铝氧化锌薄膜结构分析
• 4.3 掺铝氧化锌薄膜XPS 分析
• 4.4 掺铝氧化锌薄膜表面形貌分析
• 4.5 掺铝氧化锌薄膜光学性能分析
• 4.5.1 掺铝氧化锌薄膜的吸收光谱
• 4.5.2 掺铝氧化锌薄膜的光致发光谱
• 4.6 掺铝氧化锌薄膜光电性能分析
• 第五章 主要结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻硕期间取得的成果
• 作者简介