MgZnO：Al透明導(dǎo)電膜的制備與特性研究.pdf

1、氧化物透明導(dǎo)電膜是重要的光電子信息材料，其導(dǎo)電率接近金屬的數(shù)值并且在可見光區(qū)具有高的透過率。優(yōu)良的光電特性使透明導(dǎo)電膜在太陽電池、顯示器等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。多年來人們對(duì)透明導(dǎo)電膜的制備技術(shù)和特性進(jìn)行研究，發(fā)展了多種制備氧化物透明導(dǎo)電膜的方法，主要有濺射法、蒸發(fā)法和化學(xué)氣相沉積法等。 在本論文中，我們采用射頻磁控濺射法在玻璃襯底上制備了MgZnO:Al透明導(dǎo)電膜，詳細(xì)敘述了薄膜的制備過程，探索了薄膜的最佳制備條件和工藝參數(shù)

2、，并系統(tǒng)地研究了工作氣壓、濺射功率、襯底溫度和退火處理對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)、表面形貌以及光電特性的影響。 Mggno是一種新型Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶三元化合物半導(dǎo)體材料，由ZnO和MgO按一定組分固溶而成，鎂離子和鋅離子在各自氧化物晶格中互相替換形成替位式混晶。ZnO是纖鋅礦結(jié)構(gòu)，六方晶系，MgO是NaCI結(jié)構(gòu)，立方晶系。由于鎂離子和鋅離子半徑接近，形成Mg<,x>zn<,1-x>O替位式混晶后引起的晶格畸變較小。 通過改變其中Mg和z

3、n的含量配比，可使Mg<,x>Zn<,1-x>O(0Zn<,0.9>O:Al薄膜為多晶膜，具有六角纖

4、鋅礦結(jié)構(gòu)和(002)方向的擇優(yōu)取向，衍射角2θ位于34.6°附近。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Mg<,0.1>Zn<,0.9>O:Al薄膜中沒有MgO分離相，表明鎂原子占據(jù)了六角晶格中鋅的位置。 不同濺射Ar氣壓下制備Mg<,0.1>Zn<,0.9>O:Al薄膜，隨著濺射氣壓的增加，薄膜的衍射峰強(qiáng)度減小，半高峰寬增大。薄膜的電阻率隨濺射氣壓的增大而減小，由2.5Ωcm下降到0.5Ωcm。當(dāng)濺射氣壓大于2.5Pa后，薄膜的電阻率略有增大。在可見

5、光區(qū)薄膜的平均透過率都達(dá)到了90﹪以上。薄膜的帶隙寬度大約為3.62eV。 隨濺射功率的增大，Mg<,0.1>Zn<,0.9>O:Al薄膜的生長(zhǎng)速率增加，晶化程度變好，晶粒增大。薄膜的電阻率隨濺射功率的增大而減小，當(dāng)濺射功率大于100W后，電阻率略有回升。隨濺射功率的增大，薄膜樣品在可見光范圍內(nèi)的平均透過率逐漸下降，光學(xué)帶隙逐漸減小，這可能是由于薄膜厚度變大的緣故。隨著襯底溫度的增加，薄膜的衍射峰強(qiáng)度逐漸增加，半高峰寬減小，晶化

6、程度變好，襯底溫度為180℃時(shí)，衍射峰有最小的半高峰寬，此時(shí)薄膜的晶粒最大，結(jié)晶程度最好，溫度繼續(xù)升高，薄膜的晶化程度略有下降。Mg<,0.1>Zn<,0.9>O：Al薄膜的電阻率隨著襯底溫度的升高而逐漸下降，這是由于載流子濃度和遷移率隨襯底溫度的變化關(guān)系所決定的。在襯底溫度為180℃時(shí)，電阻率達(dá)到最小，約為9.0×10<'-2>Ocm，溫度繼續(xù)升高，電阻率略有回升。薄膜的霍爾遷移率隨襯底溫度的升高而增大，在襯底溫度為180℃時(shí)，霍爾遷

7、移率有最大值3cm<'2>V<'-2>s<'-1>。薄膜的載流子濃度隨襯底溫度的升高也逐漸增大。襯底溫度對(duì)薄膜的透射率影響不大，平均透射率在90﹪以上。樣品的帶隙寬度大約為3.62eV。 對(duì)Mg<0.1>Zn<,0.9>O：Al薄膜進(jìn)行真空退火處理。隨著退火溫度的升高，衍射峰的強(qiáng)度增大，半高峰寬減小，晶粒增大，說明薄膜的晶化程度隨著退火溫度的升高而變好。薄膜的電阻率隨著退火溫度的升高逐漸降低，最低為1.5×10<'-2>Ocm。

8、這主要是由載流子濃度的增加和遷移率的提高引起的。真空退火的主要目的就是要減少薄膜中的氧吸附和晶粒間界散射，提高載流子的濃度和遷移率。隨著退火溫度的升高，薄膜的載流子濃度稍有增加，遷移率明顯提高，最高為7cm<'2>V<'-1>s<'-1>。退火后，薄膜的透射率仍保持在90﹪以上，禁帶寬度稍有增加，大小為3.65eV，這是由于帶尾態(tài)的減少和Burstein-Moss移動(dòng)引起的。 采用射頻磁控濺射的方法在玻璃襯底上制備Mg<,0.1