溶胶-凝胶旋涂法制备In-N共掺ZnO薄膜及其光学性能研究

发布时间：2020-04-06 10:38

【摘要】：在各种透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide,简称TCO)如氧化锌(ZnO),氧化铟锡(Indium Tin Oxide,简称ITO)和掺氟氧化锡(Fluorine-doped Tin Oxide,简称FTO)中,由于ZnO具有宽的带隙(3.37eV),较高的激子结合能(60meV),并且生产成本低,因此受到了广泛的关注。目前,ZnO薄膜已被用于薄膜晶体管(Thin Film Transistors,简称TFT),发光器件,光电子器件和太阳能电池等各种应用中。本论文采用溶胶-凝胶旋涂法在玻璃衬底上制备了非故意掺杂的ZnO薄膜,In掺杂ZnO薄膜和In-N共掺ZnO薄膜。借助X射线衍射仪(X-ray diffraction,简称XRD),扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,简称SEM)和紫外-可见分光光度计(Ultraviolet visible spectrophotometer,简称UV-Vis)对所制备的样品的晶格结构、表面形貌、光学透过率和光学带隙进行表征和分析。主要内容及结果如下:(1)不同溶胶浓度对非故意掺杂的ZnO薄膜的结晶性质有较大的影响。当溶胶浓度为0.4mol/L时,薄膜c轴取向性最好,结晶度最高,在可见光范围内的平均透过率为80%。(2)ZnO薄膜的结晶度随着In的掺入有所下降,(002)衍射峰向小角度方向偏移,薄膜的表面形貌有明显的变化,出现轻微粘连现象,但薄膜的透过率均有明显的提高,可达90%左右,透过率曲线的吸收边有蓝移的现象,对应禁带宽度有所增大。(3)随着N掺杂量的增加,In-N共掺ZnO薄膜的结晶度有了明显的改善,当N掺杂量为8.0at%时,薄膜的(002)衍射峰强度最高,结晶度最好,薄膜表面晶粒大小均一、排列致密,透过率在90%左右,禁带宽度轻微减小。
【图文】：

示意图,涂覆,实验过程,薄膜

溶胶凝胶法制备In-N 共掺 ZnO 薄膜及其光学性能研究的选择主要与衬底的尺寸和溶胶的粘度等因素有关。若转速过高，所形成的膜层过达不到所需厚度，并且薄膜的各个性能不易被检测；转速过低则会造成膜层过厚并且膜表面产生波纹起伏，增加了远离衬底的粒子间的聚合或紧缩，收缩率过大进而导致膜产生裂纹甚至剥落。经过查阅文献和实验探究，总结出本实验所采用的旋涂速度1000r/min 的低转速旋转 6s 后以 3000r/min 的高转速旋转 30s，得到一层凝胶膜。实验程如图 2.4 所示：

XRD图谱,溶胶,溶度,浓度

溶胶凝胶法制备In-N 共掺 ZnO 薄膜及其光学性能研究胶浓度对 ZnO 薄膜结晶性能的影响探究不同溶胶浓度对薄膜结晶质量的影响，，本文采用溶胶-凝胶法在玻璃备了溶胶浓度为 0.3mol/L, 0.4mol/L, 0.5mol/L, 0.6mol/L, 0.7mol/L 的 ZnO 有样品的干燥预处理温度为 120℃，退火温度为 500℃，缓冲层为 2 层，。所制备的样品依次标记为 A1，A2，A3，A4，A5，分别对样品的晶格过率和光学带隙进行分析和表征。胶浓度对 ZnO 薄膜晶体结构的影响
【学位授予单位】：辽宁师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN304.055

【参考文献】