C轴择优取向氧化锌薄膜溶胶—凝胶法制备及性质研究

论文摘要

ZnO是一种II-VI族直接宽带隙半导体,有望取代GaN用于新一代的短波长光电器件。近年来以ZnO为沟道层的透明薄膜晶体管引起人们广泛的兴趣,如何低成本、大面积地制作高质量的ZnO薄膜层成为ZnO薄膜晶体管推广应用的关键。本文概述了ZnO的基本性质及其在多种光电器件特别是薄膜晶体管方面的应用,阐述了溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜的原理及研究现状。以二水合乙酸锌、单乙醇胺和乙二醇甲醚为原料,采用溶胶-凝胶工艺,使用浸渍提拉和旋涂的成膜方法分别在载玻片和硅衬底上制备了ZnO薄膜,利用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计和椭圆偏振光仪对薄膜的晶体结构、光学性质和厚度进行了表征。ZnO薄膜结晶性质优异,具有强烈的c轴择优取向,光致发光谱出现了一个强烈的近带边紫外发光峰、一个紫发光峰和一个弱的深能级蓝绿发光峰。载玻片衬底上的ZnO薄膜在可见光波段的透射率达75%,每提拉一次薄膜厚度大约增加60nm。使用正交实验方法研究了溶胶浓度、陈化时间、前热处理温度和退火温度对ZnO薄膜c轴择优取向和透光性的影响,结果表明前热处理温度和退火温度的影响较显著。基于正交实验的结果,研究了前热处理温度、退火温度与保温时间、涂膜层数、陈化时间和退火气氛等工艺参数对ZnO薄膜性质的影响。当前热处理温度为500°C,载玻片和硅衬底的退火温度分别为525°C和750°C时薄膜的c轴择优取向最好;延长陈化时间有助于提高薄膜的结晶性和透光率;氮气气氛中退火降低了薄膜的电阻。

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摘要

Abstract

1 前言

1.1 研究背景

1.2 ZnO 的晶体结构

1.3 ZnO 的性质与应用

1.4 溶胶-凝胶法制备ZnO 薄膜的研究现状

1.5 论文的主要内容

2 溶胶-凝胶法制备ZnO 薄膜的原理、步骤和表征手段

2.1 溶胶-凝胶法制备薄膜的机理

2.2 制备ZnO 薄膜的反应机理

2.3 溶胶-凝胶薄膜涂覆方法

2.4 溶胶-凝胶法制备ZnO 薄膜的实验过程

2.5 影响ZnO 薄膜质量的因素

2.6 实验中薄膜的表征手段

3 ZnO 薄膜制备的正交实验设计

3.1 正交实验设计的相关知识

3.2 正交表的选取与实验方案的确定

3.3 载玻片衬底上ZnO 薄膜的正交实验结果与分析

3.4 硅衬底上ZnO 薄膜的正交实验结果与分析

3.5 ZnO 薄膜c 轴择优取向的形成

3.6 本章小结

4 工艺参数对ZnO 薄膜性质的影响

4.1 前热处理温度对ZnO 薄膜性质的影响

4.2 退火温度对ZnO 薄膜性质的影响

4.3 退火保温时间对ZnO 薄膜性质的影响

4.4 涂膜层数对ZnO 薄膜性质的影响

4.5 陈化时间对ZnO 薄膜性质的影响

4.6 退火气氛对ZnO 薄膜光电性质的影响

4.7 ZnO 薄膜的厚度

4.8 本章小结

5 总结

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

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