溶膠-凝膠法制備AI摻雜ZnO納米顆粒膜及其性能研究.pdf

1、ZnO是一種新型的寬禁帶半導(dǎo)體材料,室溫時禁帶寬度為3.4eV,具有六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)。ZnO薄膜由于具有優(yōu)異的壓電、光電、氣敏、壓敏等特性,近年來受到廣泛關(guān)注。Al3+摻雜的ZnO(簡稱AZO)薄膜因其具有優(yōu)良的光電性能己成為研究熱點(diǎn)之一。此外,ZnO是對人體完全無毒的綠色材料,其在生物方面的應(yīng)用也極具潛力。隨著納米技術(shù)和薄膜技術(shù)的飛速發(fā)展,研究發(fā)現(xiàn)獨(dú)特的極性晶體結(jié)構(gòu)使ZnO具有形態(tài)各異的納米結(jié)構(gòu),并隨之產(chǎn)生許多奇特的光學(xué)特性和量子效應(yīng),

2、極大的提高了器件的性能。因此,ZnO低維材料的應(yīng)用研究已經(jīng)成為當(dāng)前的熱點(diǎn),具有重要的實(shí)際意義。
　　 本文采用溶膠-凝膠法,選擇二水合乙酸鋅(Zn(CH3COO)2·2H2O)作為前驅(qū)體,無水乙醇為溶劑,乙醇胺(MEA)作為絡(luò)合劑(ZnAc∶MEA=1∶1.5),硝酸鋁(Al(NO3)3·9H2O)作為Al摻雜來源,配制出鋅離子濃度為0.8mol/L并具有不同Al摻雜濃度(0～10％)的透明均質(zhì)溶膠。分別在玻璃和硅片襯底上成功制

3、備出ZnO薄膜,平均晶粒尺寸在納米級別。通過X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、電阻率測量、紫外-可見光透射光譜的表征和分析,研究了摻雜對ZnO薄膜結(jié)晶狀態(tài)、電阻率、能帶結(jié)構(gòu)的影響。
　　 結(jié)果表明,使用溶膠-凝膠法在非晶玻璃和Si(100)襯底上制備了c軸擇優(yōu)取向生長的AZO薄膜,薄膜為眾多納米顆粒構(gòu)成的納米顆粒薄膜。不同濃度的Al摻雜(1-10％)均能提高其導(dǎo)電性能,Al摻雜濃度為1-2％時ZnO薄膜Al摻雜水平

4、相對較高,電阻率顯著降低,在摻雜濃度為2％時具有最小值0.671Ω·cm。SEM顯示,Al含量的增加使薄膜的平均晶粒尺寸明顯減小,摻雜濃度較高(7-10％)時,Al摻雜會影響ZnO薄膜的結(jié)晶狀態(tài)。分析認(rèn)為,未形成摻雜的A1原子以非晶Al2O3的形式在ZnO晶界上形成了對晶界運(yùn)動的釘扎,導(dǎo)致晶粒尺寸的減小;雜質(zhì)含量增加與晶粒細(xì)化的競爭使Al在ZnO薄膜中的摻雜水平存在極限。Al摻雜會對ZnO的能帶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,使其在紫外光區(qū)的透射率有所增