溶胶凝胶法制备allt3gtzno薄膜及其性能研究

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1、北京工业大学工学硕士学位论文摘要znO是一种新型的II一Ⅵ族直接宽带隙化合物半导体材料。室温下禁带宽度为3．37eV，激子束缚能为60meV，具备了室温下发射紫外光的必要条件，在紫外探测器、LED、LD等领域有着巨大的发展潜力；ZnO薄膜以其优良的压电性能、透明导电性能等使其在太阳能电池、压电器件、表面声波器件、气敏元件等诸多领域得到广泛应用。本文采用溶胶一凝胶(So卜Gel)工艺在普通Na_Ca—Si玻璃基片上成功地制备出A1”掺杂型ZnO薄膜。所用的溶胶是以乙二醇甲醚为溶剂，醋酸锌为前驱体，乙醇胺为稳定剂反应制得，用浸渍提拉法在基体上镀膜，经烘烤、预烧、退火，最后形成均匀、

2、透明的多晶znO薄膜。采用k(3‘)正交实验对制备工艺参数进行优化，通过分析得较优的制备工艺参数；摸索出一整套独特的基片清洗、干燥方法一洗涤剂清洗、红外灯烘干法。通过DTA分析，探讨了溶胶一凝胶法制备znO薄膜的化学机理。利用XRD、SEM以及UVS光谱仪等分析方法对薄膜进行了研究，结果显示，所制备的薄膜为六方纤锌矿型结构，具有高C轴择优取向性；表面均匀、致密，薄膜材料由许多星状晶粒组成，晶粒尺寸大约为10一30nm左右；薄膜可见光透过率平均可达90％；对薄膜厚度以及电学性能进行了测定后发现：单次镀膜厚度约为75—240nm，Al”离子掺杂型氧化锌薄膜的电阻率在3．015×10

3、2—3．96×103Q·cm范围内；分别研究了掺杂浓度、提拉速度、预烧温度、退火温度等工艺参数对薄膜厚度和电阻率的影响。关键词溶胶一凝胶法；A13+掺杂；znO薄膜；透明电极AbstractZn0nlmisanovel1I一Ⅵdirectcompoundsemiconductorwith、Ⅳidebandgapenergyof3．37eVaIldaexcitonbindingene唱y60meVatroomtemperature．Duetoitsmeprerequisiteforvisibleorul订avioletlightemissionatroomtemperanlre，

4、ithasthetremendouspotentialapplicationsforul仃avioletdetectors，LEDs，LDs．ZnOthjnfnmisusedwidelyandefrectivelyinthefieldsofsurfaceacoustic、VaVedeVices，solarcen，gassensors，varistorsandsoonbecauseofitsexcellempiezoelectricalpe而mlallce．Inthispaper，theAJp·dopedZn0thjnfilIllswercpreparedonNa-Ca-Si91

5、asssubsmne(micmscopeslides)byS01-Gelprocess丘om2一methoxyetllarlolsolutionpreparedbyZincacetateaspremoIlitor，monoethanolamineasstabilizatorandal吼inumchloridereaction．Homogenous，tranSparem，polycrystaIlineZnOt11infilIllⅥ忸sfbmedfinallybydipingcoatingcollductedfor6Im-plateonsubs仃ate，drying，pre．hea

6、t·仃eaⅡnent，aIlealing．PreparedtechnicalparameterswereoptiInizedbyb(34)eXp舐mentaIlalysis．Auniqueme也odforcleallinga11ddryiIlgofsubs订ate—cleaIlillgllSedbysco峨dryingIlsedbyin舶red1ightw船fishedoutby1argenl】lnbersofexpemnem．Ch唧icalmec胁Smofzn0也i11filmpreparedbySoI-GeltecⅢque、vasdiscussedbyDTAformefir

7、sttime．BymemeasurementsofSEM，Ⅺ①andUvS，met}liIlfilIIl、vas锄alysed．neresultprovedmattllethin6lm、Ⅳims仃onglyprefbrredorientatiOnofC-a)【isperpendicm缸totllesubstratesurfacewIlichsurf配ewashomogenous，denseandcrackf如ewasⅡlecrystallinephaseofhexagonalⅧ】rtzite