GZO薄膜的制备及其光电性能研究

论文摘要

ZnO基透明导电氧化物薄膜有优良的光学和电学性能。掺杂Ga到ZnO薄膜（GZO）中时,GZO薄膜的晶格畸变能会比较小,在室温条件下制备GZO薄膜的光学和电学性能也比较优良。本文使用磁控溅射法沉积GZO透明导电薄膜。本实验采用自制的GZO氧化物靶材在FJL560型高真空磁控溅射与离子束溅射复合镀膜仪器上制备透明导电薄膜。通过改变溅射工艺参数:溅射时间、基底温度、溅射压强、靶基距和溅射功率,研究这些工艺参数对GZO薄膜结构特性、电学性能和光学性能的影响。用XRD、SEM、SPM、四探针和紫外-可见分光光度计对GZO薄膜的各种特性进行表征,分析这些数据图形得出不同溅射工艺参数对GZO薄膜结构特性和光电性能的影响。XRD、SEM和SPM的分析表明,基底温度在室温,改变溅射时间,GZO薄膜都具有（002）方向择优取向峰;基底温度在250℃时,（002）衍射峰强度最高;随基底温度升高,薄膜表面越来越平整。增加溅射压强可以减小GZO薄膜的表面粗糙度,0.5Pa时,GZO薄膜表面粗糙度是5.07nm。基底温度在室温,改变靶基距主要影响（002）衍射峰的强度;基底温度在350℃时,改变靶基距,薄膜的结晶取向会发生改变。基底温度在350℃时,改变溅射功率,薄膜都有（103）方向上的衍射峰。研究发现,基底温度对GZO薄膜的光电性能影响很大。基底温度在室温,薄膜有最优电阻率6.30×10-3（?）·cm,透过率平均达到85%以上;基底温度在350℃,薄膜有最低电阻率2.15×10-4（?）·cm,同等条件下薄膜的平均可见光透过率在75%左右。溅射时间主要影响GZO薄膜的膜厚,溅射时间过短,薄膜的电阻率会很高。基底温度在室温条件时,靶基距的高低对GZO薄膜电阻率影响较大。溅射功率主要影响GZO薄膜结晶度的好坏,功率较低时,晶粒生长能力不强,结晶不好;功率过高时,溅射粒子会轰击薄膜表面,引起表面粗糙度的增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 透明导电氧化物概述
• 1.2 ZnO 的结构和性质
• 1.3 GZO 透明导电薄膜制备方法
• 1.4 GZO 透明导电薄膜研究现状
• 1.5 本课题研究目的、意义和内容
• 2 GZO 氧化物靶材和薄膜的制备及其测试方法
• 2.1 GZO 氧化物靶材的制备
• 2.2 GZO 薄膜的制备
• 2.3 GZO 薄膜结构和光电性能测试方法
• 3 工艺参数对GZO 薄膜结构性能的影响
• 3.1 溅射时间对薄膜结构性能的影响
• 3.2 溅射基底温度对薄膜结构性能的影响
• 3.3 溅射压强对薄膜结构性能的影响
• 3.4 靶基距对薄膜结构性能的影响
• 3.5 溅射功率对薄膜结构性能的影响
• 3.6 本章小结
• 4 工艺参数对GZO 薄膜电学性能的影响
• 4.1 GZO 薄膜的电学特性
• 4.2 溅射时间对GZO 薄膜电学性能的影响
• 4.3 溅射基底温度对GZO 薄膜电学性能的影响
• 4.4 溅射压强对GZO 薄膜电学性能的影响
• 4.5 靶基距对GZO 薄膜电学性能的影响
• 4.6 溅射功率对GZO 薄膜电学性能的影响
• 4.7 本章小结
• 5 工艺参数对GZO 薄膜光学性能的影响
• 5.1 GZO 薄膜光透过理论
• 5.2 溅射时间对薄膜光学性能的影响
• 5.3 溅射基底温度对薄膜光学性能的影响
• 5.4 溅射压强对薄膜光学性能的影响
• 5.5 靶基距对薄膜光学性能的影响
• 5.6 溅射功率对薄膜光学性能的影响
• 5.7 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 本人攻读硕士学位期间发表的论文