GZO透明低阻膜材料的制备及其性能研究

发布时间：2019-11-17 05:21

【摘要】：ZnO作为一种宽禁带半导体材料,通过Al、Ga等Ⅲ族元素的掺杂可以使薄膜的电学性能得到很大程度的提升。资源丰富、价格低廉、无毒、在H等离子体中稳定的优势使其成为取代锡掺杂氧化铟(ITO)的最佳选择,在太阳能电池、平板显示器以及节能窗等领域有着广泛的应用。与Al掺杂ZnO(AZO)薄膜相比,Ga掺杂使ZnO的晶格畸变较小,而且Ga掺杂ZnO(GZO)薄膜的稳定性更好,有望获得优于AZO的光电性能,故本文对GZO薄膜进行系统的研究。本论文主要研究以下三个方面的内容:本文首先采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了GZO薄膜,研究了溅射功率、衬底温度以及溅射气氛对薄膜结构、电学性能以及光学性能的影响。研究发现,溅射气氛对薄膜光电性能的影响最大。纯氩下制备的GZO薄膜的最低电阻率为4.32×10-4Ω·cm,最高可见光透过率高于80%且在近红外区域表现出较低的透过率,表明薄膜对可见光具有选择透过性。其次,在前面实验的基础上在玻璃衬底上制备了厚度不同的氧化锌缓冲层,研究了缓冲层对GZO薄膜结构、电学、光学以及表面性能的影响。实验结果表明,ZnO缓冲层的引入改善了GZO薄膜的结晶质量,降低了薄膜的电阻率,提升了GZO薄膜的光学性能。20 nm的缓冲层上制备的GZO薄膜表现出最佳的结构和光电性能,电阻率低至4.09×10-4Ω·cm的同时具有良好的对可见光的选择透过性。此外,GZO薄膜的表面具有疏水的特性,获得的最低表面自由能为25.98 mN/m,表明GZO/Zn O薄膜具有环境耐久性。最后,通过引入金属Ag层制备GZO/Ag和GZO/Ag/GZO多层结构的透明导电薄膜来实现GZO薄膜的低温性能优化,并研究了Ag层厚度对多层结构薄膜光电性能的影响。与单层GZO薄膜相比,金属Ag层厚度最佳时的GZO/Ag和GZO/Ag/GZO多层薄膜的电阻率降低了两个数量级,由3.9×10-3Ω·cm分别下降至2.87×10-5Ω·cm和3.07×10-5Ω·cm,其载流子浓度的数量级均高达1022 cm-3。同时,Ag层厚度最佳时的多层薄膜不仅在可见光区域有较高的透过率,而且表现出较低的近红外透过性能。另外,测试表明多层结构薄膜在波长为2.5~20μm的红外区域均有较高的反射率,表明多层GZO透明低阻薄膜同时可以实现隔热的功能。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.2

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本文编号：2562201