透明的高导电近红外反射ZnO：Ga薄膜的制备及特性研究

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1、浙江大学材料与化学工程学院博士学位论文透明的高导电近红外反射ZnO：Ga薄膜的制备及特性研究姓名：马全宝申请学位级别：博士专业：材料物理与化学指导教师：叶志镇20071201浙江大学博士学位论文llse觚t0iInprovene铲mrene以vcbehaviorofZnO：Ga6hIlSalⅡ10uglltl圮c0小luctivityofmefihnscanbeiIl渊edafIeraIlllea_ledattllellighert锨pera：tIlre．6．111eZnMgo：Gafillnsweres)，Ilmesizedon酉asssubs缸．atebyDCr铋CtiVema

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3、ollslyincre嬲销winltlleMgconccI】I仃ationincrc弱in吕accompaIliedwimarem_ctioninc删erConcentrationandHallmobili够．Keywords：亿msparentconductiveoxides；ZnO：Ga6lms；刎gO：Ga丘lms；E1ectrical锄dopticalproperties；DCreactiVemagn咖nsputteringV浙江大学博士学位论文第一章前言信息时代的今天，由于电子信息产业的迅速发展，使材料等支柱产业逐渐向高、精、尖方向发展。人类已进入21世纪，高新技术(hi

4、出ech)这个新名词已广泛流行。在科学技术的发展进程中，材料永远扮演着重要的角色，起着决定一代社会科技水平的关键作用。半导体工业直至20世纪50年代才萌芽，半个多世纪以来，半导体科学因其广阔的应用背景已取得了惊人的成就。一方面实际的应用需求促进了理论的发展，另一方面理论的发展和完善又促进了新型材料的不断涌现和先进工艺制备技术的发展。因此，半导体材料作为高新技术产业中的一员无论从应用还是研究方面都具有十分诱人的发展前景。透明导电氧化物(TcO)薄膜属于半导体光电子材料，由于具有较高的禁带宽度而表现出了在紫外区截止、可见光高度透明、红外区高度反射及较低的电阻率等特性，在制造发光器件、薄

5、膜太阳能电池、光波导、传感器、平板液晶显示器和红外反射器等领域得到了广泛的应用。1907年，Badeker首次报道了通过热蒸发镉(Cd)使之氧化制备了半透明导电CdO薄膜，从此引起了人们普遍关注和较高的研究兴趣；但是，直到第二次世界大战，由于军事上的需要，透明导电氧化物薄膜才得到广泛的重视和应用。在随后的几十年中，发现和研究了很多种材料的TCO薄膜，并不断拓展它们的用途。自从Cdo透明导电薄膜问世后，人们就先后研制出了以Sn02、In203、ZnO等为基体的多种透明导电薄膜，目前应用和研究最多的是掺锡In203(简称ITo)透明导电薄膜，而掺杂ZnO透明导电薄膜被认为是最有发展潜力

6、的薄膜材料。同时人们还开发了CdIll204、Cd2Sn04、Zn2Sn04、MgIn204等多元透明导电氧化物薄膜。在这类材料中，氧化锌(znO)是一种宽禁带(3．30eV)的n型半导体材料，易产生缺陷和进行杂质掺杂，相对于铟锡氧化物(ITO)和sn02而言，具有价格便宜，沉积温度相对较低和在氢等离子体环境中稳定性好等优点，是一种最有希望替代ITo的材料。通过掺B、Al、Ga、In、F等能使其电导率提高一到两个数量级。在所有金属掺杂元素中，由于Ga和zn原子半径相差不多，而且Ga_O键和Zr卜O键的键长也很接近，即使在比较高的掺杂浓度情况下，znO的晶格畸变也非常小，所以Ga被认

7、为是最有前途的掺杂元素。此外，在薄膜的生长过程中，Al表现出非常高的反应活性，易氧化，Ga相对于础不易氧化，这是Ga作为掺杂元素的另外一个优点。目前，用于制备掺镓氧化锌(ZnO：Ga)透明导浙江大学博士学位论文第二章文献综述透明导电氧化物(TCO)薄膜是一种既透明又导电的薄膜，它在可见光范围内具有高的透过率、在红外区具有高的反射率，并且具有较高的电导率。通过引入非理想配比和适当的掺杂元素可是使宽带隙(>3．OeV)的氧化物中的电子发生简并，从而获得良好的透明导电薄膜材