溶胶-凝胶法制备掺钇氧化锌薄膜及其性能研究

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1、摘要摘要ZnO是一种新型的H一Ⅵ族宽禁带化合物半导体材料，不仅光电性能优异、化学稳定性好、热稳定性高，且易于掺杂形成性能更为优异的材料，因而在太阳能电池、液晶显示器、短波长发光器件等领域具有广阔的应用前景。ZnO薄膜的制备技术有多种，相比较而言，溶胶．凝胶(s01．gel)法具有成膜均匀性好、与衬底附着力强、易于原子级掺杂及工艺简单等优点。本论文采用溶胶．凝胶法，用旋转涂覆技术在玻璃基底上进行了掺钇氧化锌(YZO)薄膜的制备、掺杂等相关内容研究。主要研究了陈化时间、掺杂浓度、预处理温度、退火温度以及镀膜层数对薄膜的结晶状况、表面形貌、电阻率和透光率等的影响，探讨了溶胶．凝胶法制备YZO薄

2、膜过程中，YZO薄膜的晶体结构与透射率、禁带宽度及导电性能之间的关系。研究结果如下：(1)差热分析结果表明钇掺杂对ZnO薄膜的形成过程没有影响，且不存在与钇元素相关的相变，即掺入的钇大部分进入晶格。(2)晶体结构分析表明：所制备的YZO薄膜呈六角纤锌矿结构，且表现出(002)晶面的取向性生长。其中YZO薄膜最佳的制备条件是：Y掺杂浓度为0．5at％、陈化时间为72h、预处理温度为300℃、退火温度为500℃、涂覆5层，其(002)晶面的衍射峰最强、半高宽最小，即结晶性和c轴择优取向性最好。而Y掺杂浓度的增加将使得晶粒粒径减小，薄膜的结晶性能下降。(3)AFM分析表明YZO薄膜表面均匀致密

3、，陈化时间的延长有利于薄膜的取向生长，同时粗糙度增大。(4)透射光谱表明：所制备的YZO薄膜在可见光波段的透射率均超过85％，由最佳条件制备的薄膜其透光率最高，达到90％，这与XRD结果相一致，说明结构与性能之间存在对应关系。(5)从YZO薄膜(旺hV)2—抽的曲线看各种参数对薄膜的光学禁带宽度都有影响，其中掺杂浓度对禁带宽度的影响最大，其次是退火温度、镀膜层数。(6)电阻率测试结果显示随着掺杂浓度的增加，薄膜电阻率先减小后增大，掺杂浓度为1at％的薄膜其电阻率最低，为3．37X102Q．gin。关键词：溶胶一凝胶法：YZO薄膜；透光率；禁带宽度；电阻率AbstractABSTRACTZ

4、nOisanovelII．-VIfamilywidebandgapcompoundsemiconductorwithoutstandingelectro-opticalperformance、higherchemical／thermalstabilityandbepronetodopeotherelementsformingmaterialwithmoreoutstandingperformance．SoZnOhaswideapplicationsinmanyfieldssuchassolarceils、liqiudcrystaldisplay(LCD)andshortwavelumin

5、escencepartsofapparatus．AvarietyofthinfilmdepositiontechniquesareemployedtOdepositzincoxidefilms．Sol-geltechniqueoffersmanyadvantagesforthefabricationofcoatings，includingexcellentequality、strongadhesiontOsubstrate、easytodopeatatomylevelandsimpletechnics．Inthispaperwestudythepreparationandproperti

6、esofyttrium—dopedZnOthinfilmswhichhavebeendepositedoncommonglassbyspincoationgtechniqueusingsol—gelmethod．Theeffectofagingtime、dopantconcentration、pretreatmenttemperature、annealingtemperature、layersoffilmplatingonthecrystalquality,morphology,electricalandopticalpropertiesofZnOthinfilmsareinvestig

7、ated．Therelationsbetweenthestructure、transmission、bandgapattheprocessofpreparationYZOthinfilmsbysol·gelmethodwasresearched．Theresultsshowthat：(I)TheformingprocessofthinfilmsundopedanddopedissimilarfromtheresultofTG—DTA