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射频磁控溅射和电子束蒸发制备Al掺杂zno薄膜

射频磁控溅射和电子束蒸发制备Al掺杂ZnO薄膜

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2009年西部光子学学术会议

作者：高立张建民陕西师范大学物理学与信息技术学院

zno薄膜以它较宽的禁带宽度(3.3eV)和较高的激子束缚能(60meV)引起国内外广泛关注,它还具有经济、安全、无毒性和自然储量大的优势.zno薄膜的导电性是由它的本征缺陷氧空位和间隙锌原子控制的,实践中为了提高它的导电性,通常采用掺杂的... 详细信息

zno薄膜以它较宽的禁带宽度(3.3eV)和较高的激子束缚能(60meV)引起国内外广泛关注,它还具有经济、安全、无毒性和自然储量大的优势.zno薄膜的导电性是由它的本征缺陷氧空位和间隙锌原子控制的,实践中为了提高它的导电性,通常采用掺杂的方法.为了深入研究Al掺杂zno(AZO)薄膜在微观结构上和光学、电学性能,利用射频磁控溅射(RF-MS)和电子束蒸发沉积(E-BE)方法分别制备了2wt%Al掺杂AZO薄膜,500℃温度下退火2小时后,利用X射线衍射仪等仪器对它们的物理进行了比较.结果显示,采用两种方法制备的AZO薄膜经过退火以后,(002)峰值增强,RF-MS制备的AZO薄膜只有(002)这一个强度很大的峰,说明AZO薄膜沿c轴优先生长,结晶良好;而E-BE制备的AZO薄膜除了(002)峰以外,还有(100)、(101)两个属于六方纤锌矿的较弱的峰,表明这种AZO薄膜是多晶体,利用RF-MS比利用E-BE制备的zno薄膜的表面颗粒度小、晶粒的均匀性好,利用谢乐(Scherrer)公式计算出利用RF-MS制备的AZO薄膜经过500℃退火以后的晶粒尺寸为30nm,利用E-BE制备的晶粒尺寸明显大很多(约90nm),表面粗糙;在透光率、光致发光特性和禁带宽度上,平均透光率均大于85%,利用对α与光子能量hv作图,可得出RF-MS和E-BE制备的AZO薄膜在退火以后的禁带宽度分别为3.34eV、3.32eV,它们均大于未掺杂的zno薄膜的禁带宽度3.30eV;PL谱中在380nm左右均出现近带边发射而没有黄绿光发射带,利用四探针装置测量了两种方法制备的AZO薄膜的电学性能,其中利用RF-MS制备的电阻率为9.8×10Ωcm,E-BE制备的AZO薄膜电阻率为1.3×10Ωcm,均为n型半导体薄膜.Al掺杂≤2wt%的条件下,电阻率随着掺杂浓度的提高而下降,下降的原因一是由于Al离子以替位形式取代了Zn离子的位置以后,来源于Al掺杂的施主电子载流子密度不断增加;二是由于无法结合的Al离子成为间隙离子.有趣的是,Al掺杂超过了2wt%以后,电阻率随着掺杂浓度的提高反而增加.

关键词： zno thin film RF-magnetron sputtering E-beam evaporation XRD AFM

来源： cnki会议评论

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