2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、氧化鋅(ZnO)是II-VI族直接帶隙(3.3eV)半導(dǎo)體氧化物,由于其優(yōu)良的光電特性等,在發(fā)光器件、紫外探測器、太陽能電池、氣敏元件以及聲表面波器件等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。與現(xiàn)在常用的透明導(dǎo)電(TCO)薄膜ITO和SnO2:F薄膜相比,ZnO薄膜具有價(jià)格便宜,在活性氫和氫等離子體環(huán)境下穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。為提高ZnO的導(dǎo)電性能,常采用Al、In、Ga等元素?fù)诫s,由于Ga的離子半徑和共價(jià)鍵長度(0.62埃和1.26埃)與Zn非常相

2、近(0.74埃和1.34埃),高摻雜濃度下導(dǎo)致ZnO的晶格畸也較小,因此,有必要研究Ga摻雜ZnO(GZO)薄膜,以期獲得質(zhì)量更優(yōu)的TCO膜。
   本文采用射頻磁控濺射法在玻璃襯底上制備了高質(zhì)量的GZO透明導(dǎo)電膜,研究了襯底溫度、Ga摻雜濃度、薄膜厚度等對薄膜性能的影響;用 XRD、AFM、SEM、XPS和紫外-可見雙光束分光光度計(jì)等測試手段對沉積的薄膜進(jìn)行了表征和分析;研究了薄膜的結(jié)構(gòu)、電學(xué)、光學(xué)、熱電性能。通過實(shí)驗(yàn)和研究分

3、析,得出以下主要結(jié)果:
   1.制備的GZO薄膜為六角纖鋅礦多晶結(jié)構(gòu),具有(002)擇優(yōu)取向,晶粒大小為10~30nm,適量的Ga摻雜濃度及襯底溫度能夠提高結(jié)晶質(zhì)量,增大晶粒尺寸,使薄膜表面更加致密。
   2.XPS分析表明:Zn和Ga元素分別以Zn2+和Ga3+形式存在,未發(fā)現(xiàn)其它價(jià)態(tài)的Zn和Ga元素,薄膜中Ga含量比靶中Ga含量稍高。
   3.膜厚、摻雜濃度、襯底溫度對GZO薄膜的電阻率有較大影響

4、,增大厚度、中等摻雜濃度、中等襯底溫度,利于獲得高導(dǎo)電性能。
   4.GZO薄膜的可見光透射率平均值均在80%以上,隨著摻雜濃度的提高,薄膜的光吸收邊會向短波方向移動,發(fā)生“藍(lán)移”現(xiàn)象,重?fù)诫s又會導(dǎo)致“紅移”產(chǎn)生,這與“B-M”效應(yīng)和多體效應(yīng)的聯(lián)合作用有關(guān)。
   5.GZO薄膜具有較強(qiáng)的熱電效應(yīng),溫差電動勢為負(fù),表明GZO為n型導(dǎo)電;隨著膜厚增加,賽貝克系數(shù)增大;1at.%Ga摻雜時(shí),Seebcek系數(shù)絕對值為最

5、大值74.77μV/K。
   6.GZO薄膜具有較強(qiáng)的磁阻效應(yīng),磁阻隨磁場強(qiáng)度和薄膜遷移率的增大而增大。磁場強(qiáng)度為2.15T時(shí),3at%Ga摻雜GZO薄膜的磁阻率為最大值0.77%。
   7.綜合光、電性能,提出沉積GZO薄膜的優(yōu)化工藝條件為:摻雜濃度3at.%,襯底溫度300℃,工作壓強(qiáng)2Pa,靶基距7cm,功率160W。在此條件下制備的ZnO:Ga薄膜電阻率為1.44×10-3Ω.cm,平均透光率在80%以上

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