溶液法制备ZnO薄膜及其性能的研究.pdf

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1、分类号密级硕士学位论文题目：溶液法制备ZnO薄膜及其性能的研究英文并列题目：Studyonpreparationandpropertiesofsolution-processedZnOthinfilm研究生：钱峰专业：微电子学与固体电子学研究方向：新型器件设计与应用导师：钟传杰指导小组成员：学位授予日期：2015年6月答辩委员会主席：顾晓峰江南大学地址：无锡市蠡湖大道1800号二○一五年六月摘要摘摘摘要要要微电子的发展已经有半个世纪之久，微电子技术使人类生活发生了翻天覆地的变化，而半导体材料的发展是微电子发展的基础，从初期的硅锗半导体材料到化合物半导体材料的出现，半导体材料的种类越来越多

2、，其中透明氧化物半导体材料在液晶显示、电子纸等领域有着巨大的应用前景，成为21世纪国内外科研人员关注研究的热门课题之一，氧化锌作为一种典型的透明氧化物半导体材料已经被广泛研究。场效应晶体管（FET:FieldEffectTransistor）是微电子学中最基础核心的器件，目前以硅材料为主。在液晶显示技术中，以薄膜晶体管（TFT:Thin-FilmTransistor）为基础的有源矩阵驱动电路技术已成为目前液晶显示的主流技术，随着氧化锌薄膜材料的迅速发展，氧化锌TFT将代替传统硅基TFT使液晶显示有望实现透明化。在氧化锌TFT中，氧化锌薄膜材料作为传输载流子的有源层对器件性能起到关键作用，

3、制备高质量的薄膜是提高氧化锌TFT电学和光学特性的主要途径。本文主要采用溶胶-凝胶法和水热处理工艺制备氧化锌薄膜，主要研究了以下几部分内容：（1）采用椭圆偏振光谱对三结构模型进行分析得出，在波长为500nm时，当水热处理温度从110℃变化到130℃，氧化锌薄膜整体折射率由1.70增加到1.79，孔隙率由25.1%降低到17.6%。基于三层模型分析的结果可知薄膜整体折射率较低、孔隙率较大，因而又将氧化锌层分为表面粗糙层和内部致密层进行四层模型的椭偏分析。（2）采用椭圆偏振光谱分析仪和原子力显微镜研究和分析了水热处理温度对薄膜的微观形貌以及光学特性的影响。实验结果表明，水热处理温度由110℃

4、增加到130℃，薄膜光学带隙由3.19eV增大到3.31eV，而薄膜表面粗糙层厚度从22nm降到15nm。然而，当处理温度超过140℃后，与温度为130℃时的薄膜相比质量显著劣化。（3）采用双B-EMA模型验证了氧化锌薄膜内部致密层微孔含量在4%左右。（4）采用椭圆偏振光谱分析仪分析了水热处理压强对薄膜的微观形貌以及光学特性的影响。实验结果表明，填充比从30%到52.5%时，薄膜粗糙度从22nm增加到42nm；填充比从30%到45.0%光学带隙从3.19eV增大到3.31eV。（5）填充比30%、温度130℃下水热处理的膜与500℃下高温热退火的膜对比表明水热法有相似的光学特性，证明了利

5、用水热处理能够极大降低溶液法制备氧化锌薄膜所需的退火温度。关键词：氧化锌薄膜；水热法；微观形貌；折射率；禁带宽度IAbstractAbstractMicroelectronictechnologychangedourliveswithit’shalfacentury’sdevelopment.Developmentofsemiconductormaterialisthebasisofdevelopmentofmicroelectronics.Fromtheinitialsilicongermaniumsemiconductormaterialtocompoundsemiconductor

6、material,moreandmoretypesofsemiconductormaterialappeard.Transparentoxidesemiconductormaterialhasgreatprospectsinthefieldofliquidcrystaldisplayandelectronicpapers,soitbecomesoneofthehotresearchesindomesticandowerseasinthe21stcentury.Zincoxidehasbeenextensivelystudiedasatypicaltransparentoxidesemic

7、onductormaterial.Field-effecttransistor(FET)isthemostbasicandimportantdeviceinmicroelectronics,nowsiliconisthebasicmaterialofFET.InLCDtechnology,activematrixdrivercircuitbasedonthinfilmtransistor(TFT:Thin-FilmTransisto