溶胶凝胶法制备ZnO基透明导电薄膜的结晶行为及性能研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 朱明伟 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-01-24 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 姜辛 |
| 关键词 | 透明导电氧化物 溶胶凝胶法 结晶行为 偏析 晶界散射 离化杂质散射 真空处理 等离子体处理 脱附 |
| 其他题名 | Investigation on crystallization behavior and properties of sol-gel derived zinc oxide based thin films |
| 学位专业 | 材料加工工程 |
| 中文摘要 | 半导体氧化物薄膜ZnO:Al(ZAO)具有优良的光学和电学性能、高的性价比、无毒和稳定性好等性能，有望替代In2O3:Sn(ITO)薄膜，得到广泛的应用。ZAO薄膜作为透明电极使用的主要问题在于大面积高性能均匀薄膜的制备。溶胶凝胶法作为一种低成本的化学制备方法，易于制备大面积的均匀薄膜，但所得薄膜质量较差。本论文期望通过对ZnO基薄膜制备过程中的一些基础性问题的研究，深化对制备过程的理解，为今后溶胶凝胶法制备高性能ZnO基薄膜提供实验依据和理论支持。 本论文采用溶胶凝胶法，以乙酸锌为前驱体、乙二醇甲醚为溶剂、单乙醇胺为稳定剂、氯化铝为掺杂源，通过多层涂镀制备了ZnO和ZnO:Al薄膜。通过改变热处理制度研究了薄膜制备过程中ZnO的结晶生长行为；对比掺杂前后ZnO基薄膜的微观结构和性能的变化，分析了铝掺杂对薄膜生长过程的抑制作用，讨论了薄膜中载流子的散射机制；采用真空退火方法和等离子体处理改善了薄膜的电学性能，探讨了真空处理改善薄膜性能的作用机制。 研究结果表明：热处理过程的温度和时间对ZnO薄膜的微观结构具有显著影响；经过较高温度处理，薄膜的晶粒尺寸较大，截面以柱状结构为主。固定热处理温度，改变热处理时间时，观察到薄膜截面结构从粒状向柱状结构的转变。表明柱状结构的形成是晶粒的逐渐长大过程，存在临界激活能和孕育时间。对掺杂后的薄膜在同样温度下处理时，薄膜的晶粒尺寸和断面结构随加热时间的延长变化不大，始终保持粒状结构。推测原因是部分掺杂元素在薄膜晶界处发生偏析，从而抑制了晶粒的生长，增加过程的激活能，降低了晶粒的生长速度。 掺杂不仅对ZnO薄膜的微观结构产生影响，提高薄膜中的载流子浓度，还会改变薄膜中载流子的散射机制。对未掺杂氧化锌薄膜，载流子浓度较低，薄膜中载流子主要受晶界散射影响，载流子迁移率由晶界势垒和晶粒尺寸决定，势垒高度则由晶界处的势阱态密度决定。ZnO薄膜的结构进化有利于势阱态密度的减少和载流子浓度的增加。当载流子浓度增加到一定值后，离化杂质散射占据主导地位。掺杂后的ZnO薄膜有所不同，薄膜中的载流子浓度显著提高，晶界散射作用减弱。薄膜中载流子主要受离化杂质散射和中性杂质散射影响。当掺杂含量升高后，由于掺杂效率较低，更多的掺杂原子成为散射中心，中性杂质散射的作用更加突出。 真空处理过程对溶胶凝胶法制备ZAO薄膜的电学性能影响显著。薄膜的电阻率随退火温度的升高而降低，退火后期的冷却速率也会影响薄膜的电学性能。快速冷却过程可进一步降低薄膜的电阻率。研究认为，经过真空退火后，薄膜表面和晶界处的吸附态氧脱附，释放大量的载流子，从而降低薄膜的电阻率。较高的处理温度有助于激活晶界处脱附的氧的外扩散过程，快速冷却过程能够适度阻止氧的逆向扩散过程，降低退火后晶界处的吸附氧浓度。等离子体处理的结果表明，气氛中的活性粒子对薄膜性能的改善有利，这对降低处理过程的温度有利，可实现低温下对薄膜性能的改善。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 113 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17062]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 朱明伟. 溶胶凝胶法制备ZnO基透明导电薄膜的结晶行为及性能研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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