透明氧化物半導(dǎo)體薄膜的制備及其光電特性的研究.pdf

1、以ZnO、Ga2O3、NiO、CuO等粉末為原料，采用固相反應(yīng)法制備了ZnO∶Ga和NiO∶Cu陶瓷靶材。研究了不同燒結(jié)溫度對ZnO∶Ga和NiO∶Cu陶瓷靶材的致密度和摻雜比的影響。采用射頻磁控濺射鍍膜機在玻璃襯底上沉積了具有高度c軸擇優(yōu)取向的ZnO∶Ga和NiO∶Cu透明半導(dǎo)體薄膜。探索了濺射功率、氬氣流量、濺射壓強、襯底溫度和氧氣流量等工藝對ZnO∶Ga和NiO∶Cu薄膜的微結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能和電學(xué)性能的影響。在最佳的成膜工藝下，在I

2、TO玻璃襯底上沉積了ZnO∶Ga和NiO∶Cu膜，測試了ZnO∶Ga和NiO∶Cu膜的I-V特性曲線。主要實驗結(jié)果如下:
　　(1)經(jīng)1500℃，4小時燒結(jié)的ZnO∶Ga陶瓷靶材，其鎵鋅原子摻雜比為4.34％，其致密度高達98.84％。
　　(2)經(jīng)1300℃，4小時燒結(jié)的NiO∶Cu陶瓷靶材，其銅鎳原子摻雜比為9.96％，其致密度高達98.02％。
　　(3)ZnO∶Ga陶瓷靶材的燒結(jié)溫度超過1550℃時，靶材致密度

3、下降到96％;而鎵鋅原子摻雜比上升到18.67％，且鎵鋅原子摻雜比隨著燒結(jié)時間的增長而升高。
　　(4)在燒結(jié)過程中，當燒結(jié)溫度高于1100℃時，如升溫速率超過1℃/min，會導(dǎo)致NiO∶Cu陶瓷靶材開裂、彎曲。
　　(5)霍耳效應(yīng)實驗結(jié)果顯示，本文所制備的ZnO∶Ga薄膜均為n型半導(dǎo)體。XRD測試結(jié)果顯示，在ZnO∶Ga薄膜的XRD圖譜中，只含ZnO(002)的特征衍射峰。
　　(6)ZnO∶Ga薄膜的晶粒尺寸大小、

4、載流子遷移率在濺射功率加大時上升;電阻率和光學(xué)透過率在濺射功率增加時候下降。實驗結(jié)果顯示，ZnO∶Ga薄膜的光學(xué)透過率均大于80％。
　　(7)ZnO∶Ga薄膜的晶粒尺寸、載流子遷移率和電阻率隨沉積過程中氬氣流量、濺射壓強、襯底溫度和氧氬比的變化而變化。
　　當氬氣流量為60SCCM時，ZnO∶Ga薄膜的晶粒尺寸較大，載流子遷移率較高，而電阻率較低。當氬氣流量為80SCCM時，ZnO∶Ga薄膜的光學(xué)透過率較高。
　　當

5、濺射壓強為0.35Pa時，ZnO∶Ga薄膜晶粒尺寸和載流子遷移率較大，而其電阻率較小。當濺射壓強為2Pa時，ZnO∶Ga薄膜的光學(xué)透過率較高。
　　當襯底溫度為450℃時，ZnO∶Ga薄膜晶粒尺寸和載流子遷移率較大，而其電阻率較小。當襯底溫度為350℃時，ZnO∶Ga薄膜的光學(xué)透過率較高。
　　當氧氬比為1∶1時，ZnO∶Ga薄膜晶粒尺寸較小，其光學(xué)透過率較大。
　　(8)霍耳效應(yīng)實驗結(jié)果顯示，本文所制備的NiO∶Cu

6、薄膜均呈現(xiàn)為p型半導(dǎo)體。
　　(9)NiO∶Cu薄膜的載流子遷移率、電阻率和光學(xué)透射率隨沉積過程中濺射功率、濺射壓強、襯底溫度和氧氬比的變化而變化。
　　隨著濺射功率的增加，NiO∶Cu薄膜的電阻率和載流子遷移率逐漸增大，光學(xué)透射率逐漸降低。
　　XRD圖譜顯示，當襯底溫度為350℃時NiO(111)衍射峰較強，隨著襯底溫度的增加，NiO(111)衍射峰強度降低。提高襯底溫度導(dǎo)致電阻率和載流子遷移率先增高而后降低。薄膜