直流反应磁控溅射法制备新型透明导电ZnO：Mo薄膜的研究

论文摘要

采用直流磁控反应溅射技术由金属镶嵌Zn/Mo靶制备高价态差掺钼氧化锌ZnO:Mo（zMO）透明导电薄膜。研究了钼掺杂量和基片温度等参数对ZMO薄膜结构和光电性能的影响。利用XRD、AFM等分析手段对薄膜进行表征与分析;制备了结晶性良好、电阻率较低的ZMO薄膜。主要的研究结果及分析如下:1.从不同厚度ZMO薄膜AFM表面形貌图中可以看出,ZMO薄膜样品表面较为平整,薄膜表面颗粒致密。厚度增大时,平均粗糙度、方均根粗糙度、峰谷粗糙度都有所增大.说明薄膜厚度的增加,可以使晶粒增大,改善薄膜的结晶性能。同时随着薄膜厚度的增加,薄膜的表面粗糙度也会增加。2.X光衍射谱（XRD）显示ZMO薄膜具有六角纤锌矿结构,没有观察到Mo的结构特征谱线,表明在掺入钼原子以后,ZnO:Mo薄膜并没有改变纯ZnO薄膜的结构或形成新的晶格结构。本研究中掺杂量的改变范围对ZMO薄膜的晶格结构以及晶粒尺寸的影响不大。在基片温度为100～300℃时,薄膜均为多晶薄膜,并具有c轴择优取向的生长,但是在较低的温度下生长出来的薄膜结晶性能较差,衍射峰比较低,随着基片温度的增加,衍射峰逐渐增大,薄膜的结晶性能也逐渐提高。因此适当提高基片的温度,可以制备出结构性能较好的多晶薄膜。3.在基片温度为200℃、掺杂量为1.5wt%时,制备出的ZMO薄膜最低电阻率为1.97×10-3Ω·cm,相应载流子迁移率达37.0 cm2V-1s-1,载流子浓度为8.57×1019cm-3,在可见光区域的平均透射率达到80%左右。研究表明,基片温度对制备薄膜的光电特性有较大影响,掺杂量对薄膜的光学性能影响较小、对薄膜的电学性能影响较大,薄膜的光学禁带宽度（3.41eV）变宽主要是由Burstein-Moss效应确定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 透明导电氧化物薄膜概述
• 1.2 透明导电薄膜的应用
• 1.2.1 平板显示器
• 1.2.2 太阳能电池
• 1.2.3 在其他方面的应用
• 1.3 透明导电薄膜的制备方法
• 1.3.1 磁控溅射法
• 1.3.2 其它制备方法
• 1.4 透明导电薄膜的研究发展方向
• 1.4.1 高迁移率TCO薄膜
• 1.4.2 柔性衬底制备TCO薄膜
• 1.5 本文研究的目的及意义
• 第二章 薄膜的性能表征
• 2.1 薄膜的结构表征
• 2.2 形貌分析
• 2.3 薄膜的光学性能表征
• 2.4 薄膜的电学性能表征
• 2.5 薄膜的厚度测试
• 第三章 透明导电ZMO薄膜的制备
• 3.1 金属镶嵌靶材的制备
• 3.2 直流磁控反应溅射制备ZMO薄膜
• 第四章 透明导电ZMO薄膜的性能研究
• 4.1 表面形貌
• 4.2 ZMO薄膜的结构特性
• 4.3 ZMO薄膜的电学性能
• 4.3.1 ZMO薄膜的导电机制
• 4.3.2 制备参数对薄膜电阻的影响
• 4.4 ZMO薄膜的光学性能
• 4.4.1 薄膜的光学性能
• 4.3.2 制备参数对薄膜透射率的影响
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 附录 攻读硕士期间发表的文章
• 致谢