纳米氧化锌掺铝薄膜的微观结构研究.pdf

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1、助锨材抖2013年第8期(44)卷纳米氧化锌掺铝薄膜的微观结构研究王明光，杨慧，汪嘉恒，宁策，徐奕辰，祁阳(东北大学理学院，辽宁沈阳110004)摘要：采用溶胶一凝胶(sol—ge1)法在玻璃衬底上制TEM研究了ZAo薄膜的生长取向和结晶状态，了解备了纳米ZnO掺铝薄膜，利用X射线衍射仪(XRD)和Al掺杂对ZnO薄膜生长的影响。透射电镜(TEM)对薄膜的微观结构进行了系统的研2实验究。结果表明，所有在玻璃衬底上生长的ZnO薄膜均具有C轴择优取向。掺杂量为2(原子分数)时，Al2．1薄膜制备在ZnO薄膜中达到最高水平。过量Al掺杂明显减

2、弱采用溶胶一凝胶旋转涂覆法制备薄膜。选择二水薄膜的c轴择优取向。随着Al掺杂量的增加，ZnO晶合乙酸锌(Zn(CH。COO)。·2HO)作为前驱体，无水粒进一步细化。其原因是未进入ZnO晶格的Al以非乙醇为溶剂，乙醇胺(MEA)作为络合剂，硝酸铝(A1晶Al。O。的形式在ZnO晶界上形成了对晶界运动的(NO。)。·9HO)作为A1掺杂源，配制出锌离子浓度钉扎，从而阻碍了ZnO晶粒进一步长大。为0．8mol／L并具有不同A1掺杂浓度(0～8)的透关键词：ZnO薄膜；微观结构；溶胶一凝胶；A1掺杂；明均质溶胶。在玻璃衬底上经旋转一涂覆制备出

3、ZAO自组装机制薄膜。镀膜前对衬底采用超声、无水乙醇和丙酮各清中图分类号：O766文献标识码：A洗20min。文章编号：1001-9731(2013)O8一ll24一O4采用多层镀膜方式，每镀一层膜(膜厚约100nm)，在300℃下进行预热处理10min，使薄膜干燥，重复51引言次。最后再将样品进行后期热处理，500。C下保温1h，ZnO薄膜是一种新型的Ⅱ一Ⅵ族宽禁带半导体材随炉降温至室温。料，具有优异的晶格、光电、压电及介电特性，无毒性，2．2分析测试易实施掺杂。近30年来，ZnO薄膜己成为金属氧化物采用X射线衍射仪(日本理学Riga

4、kuD／max一3A透明导电薄膜的热门研究方向，被期待成为ITO薄膜型)分析薄膜的生长取向和结晶状态。计算薄膜(002)的替代材料_】]。在ZnO薄膜中掺人Al、In、F等元素，衍射峰的半高宽FWHM并利用Scherrer公式计算平能有效地提高薄膜的电导率，改善其性能。其中，Al均晶粒尺寸。利用FEITecnai20透射电子显微镜进掺杂ZnO薄膜(zAO)在可见光范围内具有较高的透行薄膜形貌观察和电子衍射实验。ZAO薄膜电镜样光率，因而ZAO薄膜在太阳能电池、液晶显示、防静电品的制备采用机械研磨，凹坑，然后在Gatan691离子领域中具

5、有广泛的应用前景]。减薄仪上进行终减薄。目前，人们已经开发了多种技术来制备ZAO薄3结果与讨论膜，如脉冲激光沉积、电子束蒸发、磁控溅射、化学气相沉积、溶胶一凝胶法等。在这些方法中，溶胶一凝胶法图1为玻璃衬底上沉积ZnO薄膜的x射线衍射(sol—ge1)具有成本低、工艺简单、易于操作、组分容易图。其中样品的A1抖／Zn。摩尔比依次为O～8。位控制等优点，己成为制备ZAO薄膜的常用化学制膜方于34。附近唯一的衍射峰属于(002)晶面的衍射，说明法l3]。溶胶一凝胶工艺条件对ZAO薄膜的微观结构与所有ZnO薄膜样品在玻璃衬底上都具有C轴择优取

6、光电性能有着显著的影响，这些工艺条件包括掺杂浓向。当掺杂量较低(0～6(原子分数))时，均可观察度、热处理温度、镀膜厚度、退火气氛、前驱体有机溶剂到明显的(002)衍射峰。随着掺杂量的增加，样品的等。对此，国内外学者做了大量的研究工作并取得了(OO2)峰强度逐渐变弱，峰位向右移动。这是由于Al一些成果I4]。然而，到目前为止，人们对溶胶一凝胶法原子的半径较Zn原子要小很多，扩散使一部分Al原制备ZnO薄膜的生长机制尚缺乏深入的认识，特别是子取代了ZnO晶格中的Zn原子，原来的晶体结构发Al掺杂对znO薄膜生长的影响存在着争议_7]，因此

7、生了变形，晶面的倾斜导致对应衍射峰的偏移。根据无法实现薄膜的可控性生长。本文采用溶胶一凝胶法布拉格公式，Al在ZnO中的掺杂使C轴的晶面间距变制备了不同掺杂浓度的纳米ZAO薄膜，利用XRD和小。在掺杂量为2(原子分数)时，2达到最大值，表*基金项目：国家自然科学基金资助项目(51172040)收到初稿日期：2012—09—26收到修改稿日期：2012—11-25通讯作者：祁阳作者简介：王明光(1968一)，男，吉林四平人，副教授，博士，从事功能材料合成与微观结构研究。王明光等：纳米氧化锌掺铝薄膜的微观结构研究l127(001)面具有最低

8、的表面能，使得晶粒的(001)面平行filmsbysol—geltechnique[J]．PhysicaB，2006，381：209—213．于衬底表面得以快速生长，从而薄膜具有c轴择优取[6]张凯红，靳正