激光分子束外延制备氟铝共掺氧化锌薄膜及其物性研究

发布时间：2017-11-23 18:21

  本文关键词：激光分子束外延制备氟铝共掺氧化锌薄膜及其物性研究

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【摘要】：透明导电材料在太阳能电池、有机发光二极管、平面显示器等领域有着重要应用。与新兴的金属纳米线、石墨烯基透明导电材料相比,传统金属氧化物透明导电薄膜具有透过率高,电学参数可调,工艺成熟等优点,依然占据透明导电领域的主导地位。铝掺杂氧化锌薄膜(AZO)是金属氧化物透明导电材料中光电性质较好,受到的关注也比较多的一种。然而与目前应用最广的透明导电薄膜ITO相比,AZO还存在电阻率比较大和氧化气氛下热稳定性比较差的问题。本文针对AZO材料研究中存在的问题,采用激光分子束外延方法,在优化的薄膜生长条件下制备出具有高电导率和热稳定性的氟、铝共掺氧化锌薄膜(AFZO),并研究了AZO和AFZO的光电性质随退火条件的变化关系,探讨了AZO薄膜缺陷的性质及其形成和作用机理。主要研究成果包括:1、采用激光分子束外延技术,将高熔点的AlF3和ZnO混合后制成高质量靶材。以c面蓝宝石为衬底,在300℃条件下制备出光电性质良好的AZO和AFZO透明导电薄膜。对比两种薄膜发现,AFZO的电学参数明显优于相同条件下制备的AZO。2、分别研究了真空和空气环境退火处理对AFZO的晶体结构、光电性质的影响。对比实验结果表明,氟的引入能够提高AZO的电学性质及其在含氧气氛下的热稳定性。在真空退火条件下,AFZO电学性质的改善比较显著,其电阻率最低达1.7×10-4?cm,迁移率最高达61.6cm2V-1s-1。在空气退火条件下,AFZO的电阻率最低达1.88×10-4?cm,迁移率最高达59.6cm2V-1s-1。3、基于空气退火前后AZO和AFZO电学性质和热稳定性的差异,我们提出:受主型缺陷锌空位是导致AZO电学性质劣化的主要原因,氟掺杂可以抑制锌空位的形成。并通过对比氮氢混合气体和锌气氛下的退火处理后,AZO和AFZO的光致发光光谱中缺陷发光强度和薄膜电学性质的变化情况,验证了氟对锌空位的抑制作用。此外,我们还利用氟掺杂氧锌镁薄膜在空气退火前后的电学性质变化对该结论进行佐证。
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2

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本文编号：1219401