硼镓共掺杂氧化锌薄膜的制备及性能研究

发布时间：2017-06-30 04:11

  本文关键词：硼镓共掺杂氧化锌薄膜的制备及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氧化锌(ZnO)作为一种直接宽禁带(3.37eV)II-VI族化合物半导体材料,具有优异的光、电性能。相对氮化稼(GaN)、氧化铟锡(ITO)和二氧化锡(SnO2)等材料,ZnO具有原材料丰富、价格低廉、无毒、沉积温度较低及稳定性好等优点,从而在平板显示器件、发光器件、薄膜太阳能电池、表面声波器件、气敏传感器和探测器等领域得到了广泛的应用。通过硼(B)、镓(Ga)、铝(Al)或铟(In)等单元素掺杂可以制备出性能较好的ZnO透明导电薄膜(TCO)。近年来,人们探索通过多元素共掺杂的方法进一步提高ZnO TCO薄膜的综合性能。本论文主要开展了硼镓共掺杂ZnO(BGZO)薄膜的制备工艺及性能研究。具体研究内容如下:本文采用射频磁控溅射法(RF MS)法制备BGZO薄膜。通过SEM、AFM、XRD、霍尔测试及紫外-可见-红外分光光度计等方法研究了沉积工艺参数(沉积功率、衬底温度、薄膜厚度等)对BGZO薄膜形貌、结构(取向、晶粒尺寸、应力等)、电学(载流子浓度、迁移率、电阻率等)和光学性能(透过率、禁带宽度等)的影响规律。研究表明:(1)在不同的溅射功率、薄膜厚度及衬底温度下,所制备的薄膜均为六角纤锌矿结构,表现出高度的c轴择优取向;在可见光波段的平均透过率均在85%以上。(2)溅射功率为150W的条件下沉积的薄膜具有较高的迁移率和较低的电阻率;当溅射功率高于150W时,薄膜的晶粒尺寸减小,电阻率增大;载流子浓度和光学禁带宽度随着溅射功率的增大而增加。(3)薄膜的厚度也会影响薄膜的性能,随膜厚增加,薄膜结晶质量提高,电阻率下降、迁移率增加并趋于稳定;随着膜厚的增加,薄膜的晶粒尺寸增大,薄膜的带隙宽度(Eg)减小。(4)衬底温度为200℃时,制备的薄膜具有较大的微晶尺寸,较低的电阻率,较高的霍尔迁移率和光学禁带宽度。
【关键词】：氧化锌 磁控溅射法 硼镓共掺杂 禁带宽度
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 引言11-12
• 1.2 ZnO的基本性质12-17
• 1.2.1 ZnO的晶体学结构12-13
• 1.2.2 ZnO的能带结构13-15
• 1.2.3 ZnO的热力学性质15-16
• 1.2.4 ZnO的光学性质16-17
• 1.2.5 ZnO的电学性质17
• 1.3 ZnO的应用17-21
• 1.3.1 压电器件17-18
• 1.3.2 气敏器件18-19
• 1.3.3 光电器件19-20
• 1.3.4 透明电极20
• 1.3.5 闪烁体薄膜应用20-21
• 1.4 ZnO基透明导电薄膜的研究进展21-22
• 1.5 本课题意义和研究内容22-24
• 第二章 ZnO薄膜的制备及表征方法24-38
• 2.1 ZnO薄膜的制备方法24-28
• 2.1.1 金属有机化学气相沉积（MOCVD）24
• 2.1.2 分子束外延（MBE）24-25
• 2.1.3 脉冲激光沉积（PLD）25-26
• 2.1.4 磁控溅射26-28
• 2.2 磁控溅射技术28-33
• 2.2.1 溅射28-29
• 2.2.2 辉光放电原理29-30
• 2.2.3 磁控溅射原理30-32
• 2.2.4 磁控溅射的特点32-33
• 2.3 ZnO薄膜的性能表征33-38
• 2.3.1 X射线衍射分析（XRD）33-34
• 2.3.2 扫描电镜（SEM）34-36
• 2.3.3 原子力显微镜（AFM）36
• 2.3.4 霍尔测试系统36-37
• 2.3.5 紫外-可见光分光光度计（UV-VIS）37-38
• 第三章 溅射功率对BGZO薄膜的性能影响38-47
• 3.1 实验设备38-39
• 3.2 薄膜制备工艺39-41
• 3.2.1 靶材39
• 3.2.2 衬底及其清洗39-40
• 3.2.3 薄膜制备过程40-41
• 3.2.4 工艺参数41
• 3.3 实验结果与讨论41-46
• 3.3.1 对薄膜沉积速率的影响41-42
• 3.3.2 对薄膜结构性能的影响42-43
• 3.3.3 对薄膜表面形貌的影响43-44
• 3.3.4 对薄膜电学性能的影响44-45
• 3.3.5 对薄膜光学性能的影响45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 薄膜厚度对BGZO薄膜性能的影响47-55
• 4.1 薄膜制备工艺47-48
• 4.1.1 靶材47
• 4.1.2 衬底及其清洗47
• 4.1.3 薄膜制备过程47-48
• 4.1.4 工艺参数48
• 4.2 结果与讨论48-54
• 4.2.1 对薄膜结构性能的影响48-49
• 4.2.2 对薄膜表面形貌的影响49-51
• 4.2.3 对薄膜电学性能的影响51-52
• 4.2.4 对薄膜光学性能的影响52-54
• 4.3 本章小结54-55
• 第五章 衬底温度对BGZO薄膜性能的影响55-65
• 5.1 薄膜制备工艺55-56
• 5.1.1 靶材55
• 5.1.2 衬底及其清洗55
• 5.1.3 薄膜制备过程55
• 5.1.4 工艺参数55-56
• 5.2 结果与讨论56-63
• 5.2.1 对薄膜结构性能的影响56-59
• 5.2.2 对薄膜表面形貌的影响59-60
• 5.2.3 对薄膜电学性能的影响60-62
• 5.2.4 对薄膜光学性能的影响62-63
• 5.3 本章小结63-65
• 第六章 结论与展望65-67
• 6.1 结论65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-76
• 作者在攻读硕士学位期间公开发表的文章和专利76-77
• 致谢77

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 文波;苏晓东;;衬底温度对钇稳定氧化锆薄膜择优生长的影响[J];材料研究学报;2008年02期

2 朱秀红;陈光华;郑茂盛;;氢稀释比与衬底温度对硅基薄膜相变及其光电性能影响的研究[J];功能材料;2012年04期

3 陈顺国,孙景志,黄骥,汪茫;衬底温度对全氟取代酞菁锌固体薄膜微结构的影响[J];高等学校化学学报;2005年03期

4 罗阳 ,任基重;影响真空淀积膜在平面衬底上分布的一些因素[J];金属学报;1965年02期

5 戚学贵,陈则韶;热丝CVD系统内衬底温度分布的数值研究[J];材料科学与工程;2001年03期

6 王小平;朱俊;罗文博;张鹰;李言荣;;Bi_4Ti_3O_(12)层状铁电薄膜的结构与性能研究[J];功能材料;2007年05期

7 刘翠青;陈城钊;邱胜桦;吴燕丹;李平;余楚迎;;衬底温度对低温制备纳米晶硅薄膜的影响[J];功能材料;2008年11期

8 江锡顺;曹春斌;蔡琪;宋学萍;孙兆奇;;衬底温度对ZnS薄膜微结构和应力的影响[J];功能材料;2006年07期

9 闫丹;吴平;邱宏;俞必强;赵云清;张师平;吕反修;;衬底温度对射频磁控溅射制备HfO_2薄膜结构的影响[J];功能材料与器件学报;2008年05期

10 张丽明;王莹;;衬底温度对HfO_xN_y薄膜相关物性的影响[J];应用化工;2009年08期

中国重要会议论文全文数据库 前8条

1 田桂;朱嘉琦;韩杰才;贾泽纯;姜春竹;;衬底温度对磁控溅射硅薄膜结构性能的影响[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集（上册）[C];2008年

2 赵艳;蒋毅坚;;衬底温度对氧化锌薄膜的光谱学特性影响研究[A];第十四届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2007年

3 杨天勇;孔春阳;阮海波;秦国平;黄桂娟;李万俊;梁薇薇;孟详丹;赵永红;方亮;;衬底温度对ZnO:Mn薄膜结构及光电性质的影响[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集（第二卷）[C];2011年

4 殷景华;蔡伟;李美成;郑玉峰;王中;王培林;赵连城;;沉积衬底温度对PtSi/Si异质薄膜生长及表面形貌的影响[A];2000年材料科学与工程新进展（下）——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年

5 王欣;龙北红;田宏伟;于陕升;郑伟涛;于文学;;衬底温度对磁性Fe-N薄膜生长机制影响的研究[A];第四届全国磁性薄膜与纳米磁学会议论文集[C];2004年

6 桑敏;刘发民;王天民;;衬底温度对磁控溅射TiO_2薄膜的结构和光催化特性的影响[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年

7 高尚;连洁;宋平;马铮;王晓;吴仕梁;;衬底温度对PECVD法生长SiO2薄膜性能影响的研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年

8 周之斌;丁正明;崔容强;胡宏勋;孙铁囤;徐秀琴;陈东;;ITO薄膜:从(400)到(222)择优晶化[A];中国第六届光伏会议论文集[C];2000年

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 宋雪梅;化学气相沉积硅基薄膜的性能及机理研究[D];北京工业大学;2003年

2 杨通;P型ZnO薄膜的制备及其结构、光学和电学性质的研究[D];吉林大学;2011年

3 杨帆;镓铟氧化物薄膜的制备及性质研究[D];山东大学;2009年

4 侯长民;ZnO薄膜的取向、缺陷、结构及光学性质的研究[D];吉林大学;2006年

5 董艳锋;ZnO及其掺杂薄膜结构与性质研究[D];曲阜师范大学;2012年

6 吴芳;Ga掺杂ZnO透明导电薄膜的制备与特性研究[D];重庆大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王祺;喷雾热解法制备ZnO薄膜及在聚合物太阳能电池中的应用[D];重庆理工大学;2015年

2 莫川;Ti_3SiC_2MAX相薄膜制备初步研究[D];中国工程物理研究院;2015年

3 杨坤;OLED基片无机薄膜制备及性能研究[D];大连工业大学;2013年

4 陈新华;磁控溅射制备铝掺杂氧化锌透明导电膜及性能研究[D];景德镇陶瓷学院;2013年

5 张宇宙;Gd-Fe多层薄膜制备及其交换耦合作用研究[D];北京有色金属研究总院;2016年

6 张磊;硼镓共掺杂氧化锌薄膜的制备及性能研究[D];上海大学;2016年

7 于长明;衬底温度对磁控溅射氧化锌薄膜的影响及其物性研究[D];长春理工大学;2016年

8 兰椿;氧化锌钛透明半导体薄膜的制备工艺和光电性能研究[D];中南民族大学;2015年

9 杨晓朋;硅基LiNbO_3压电薄膜多层结构的制备与表征[D];郑州大学;2009年

10 蔡利霞;衬底温度对低功率制备ZnO薄膜光学特性的影响[D];西北师范大学;2009年

  本文关键词：硼镓共掺杂氧化锌薄膜的制备及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：500528