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Al掺杂ZnO薄膜的原子层沉积法制备认领

被引量： 1

作者：

吴勇

学位授予单位：

华南理工大学

摘要：

Al掺杂ZnO（AZO）薄膜由于具有优异的光学性能和良好的电学性能、制备成本低、对环境友好、能够应用于柔性器件等优点,在太阳能电池、有机显示、紫外光探测等领域有广泛的应用前景。原子层沉积（ALD）技术具备膜厚可控、低温生长等优点,能够制备高质量、平整性良好的薄膜。本文采用ALD方法制备AZO薄膜,借助XRD、SEM、Hall测试以及UV-Vis吸收谱等手段,研究了沉积温度和Al掺杂含量与AZO薄膜的晶体质量、透过率、电学等性能间的关系,探讨了快速热退火（RTA）处理对AZO薄膜性能的影响,实现了低温高质量AZO薄膜的制备及Al掺杂浓度的精确控制。本论文的主要研究工作如下:（1）研究了不同沉积温度对AZO薄膜性能的影响。研究表明,沉积温度对AZO薄膜的取向生长起到关键作用。当衬底温度为160℃时,AZO薄膜为多晶;当温度在200～230℃,AZO薄膜沿（100）择优取向生长;而当衬底温度高于240℃时AZO薄膜则沿（002）方向择优取向生长。ALD制备AZO薄膜的窗口温度为220～240℃,当Al-O/Zn-O循环比例为1:45时,AZO薄膜的电阻率为～2×10-3Ω·cm,FOM值为～1.6×10-3Ω-1。（2）研究了不同Al掺杂浓度对AZO薄膜性能的影响。研究表明,AZO薄膜的电学性能和晶体结构性能取决于Al掺杂浓度。未掺杂的ZnO薄膜呈现（002）择优取向,低Al掺杂AZO薄膜为（100）择优取向,当Al-O/Zn-O循环比例1:24时,AZO薄膜晶体质量最佳,沿（002）方向择优取向生长。随着Al掺杂浓度的增加,AZO薄膜的导电性能先增加后减小。AZO-24薄膜具有优异的透明导电性能,其FOM值为4.6×10-3Ω-1,电阻率、载流子浓度和迁移率分别为8.33×10-4Ω·cm、4.32×1020 cm-3和17.36 cm2/Vs,在可见光范围内平均透过率达～95%,Al掺杂含量约2.17 at.%。（3）通过快速热退火RTA处理,研究了退火温度和退火时间对AZO薄膜结构和性能的影响。研究表明,AZO薄膜晶体质量随着退火温度或退火时间的增加而有不同程度的提高。当退火温度为700～800℃时,AZO薄膜PL近带边发射（NBE）增强,迁移率增加,导电性能小幅度下降。在退火温度为650℃、退火时间为10～40 s范围内,AZO薄膜有可能由n型导电转变为p型导电,p型导电的可能原因是薄膜样品中的C被激活或形成与C元素相关的受主缺陷。

摘要译文

关键词：

AZO; 原子层沉积; 快速热退火; 透过率; 电学性能

学位年度：

2021

学位类型：

硕士

学科专业：

材料科学与工程

导师：

季小红

中图分类号：

TB383.2;TB383[特种结构材料⑨]

学科分类号：

080501[材料学];1406[纳米科学与工程]

D O I：

10.27151/d.cnki.ghnlu.2021.000644