ZnO:Al薄膜的湿化学法制备与取向生长研究

【摘要】透明导电氧化物薄膜因其具有高透过率与低电阻率,在光电领域被广泛地应用,尤其在薄膜太阳能电池窗口材料与平板显示透明电极方面。目前,使用最广泛且发展最好的是氧化铟锡薄膜,但因铟资源稀缺、薄膜稳定性不佳等缺点制约了该类薄膜在光电产业的继续发展。氧化锌属于宽禁带半导体材料,且锌资源丰富,对其进行有效掺杂可同时实现透光性与导电性,是非常具有发展前景的一种透明导电薄膜。通过物理技术可制备性能优异的铝掺杂氧化锌透明导电薄膜,但因其设备昂贵制约了上述技术在实际生产中的应用。而溶胶凝胶法、水热法与溶剂热法具有操作简单、成本低、易掺杂与易控制化学计量比等优点,更易产业化。虽然如此,上述技术在基础性研究、工艺技术以及性能改进上仍存在一些不足。而在一定条件下,改善薄膜的微观组织结构,如结晶性、择优取向性、致密度等,能够提高导电性。因此,本文从基础性研究、工艺优化以及低温生长三方面展开研究：一、采用溶胶凝胶法基础性研究前期溶胶制备与热处理工艺对铝掺杂氧化锌薄膜性能的影响,并初步分析前驱体溶液粒子的形成机理与薄膜形核与晶体生长过程。确定了溶胶凝胶法制备铝掺杂氧化锌薄膜的最佳化学体系,选择二水合醋酸锌为前驱体化合物,乙二醇甲醚为溶剂,乙醇胺为稳定剂,并以乙醇胺与醋酸锌摩尔量为1：1的比例制备前驱体溶液,所得氧化锌薄膜具有最优的结晶性、致密度以及择优取向性。二、调整溶胶凝胶法制备过程的工艺参数,改善薄膜的透光性与导电性,同时探讨了薄膜晶体生长机理。当前驱体溶液浓度为0.6mol/L,采用旋涂法制备薄膜,并经350℃预热处理,400℃退火处理,和Ar2气氛下450℃退火后,所得铝掺杂浓度为1.0%的氧化锌薄膜具有最佳性能,其透过率为90%,电阻率为1.57Ω·cm.三、在溶胶凝胶法基础上,采用溶胶凝胶-水热法／溶剂热法,研究低温条件下生长铝掺杂氧化锌薄膜的微观形貌。分别研究不同体系、前驱体溶液浓度与反应时间对薄膜形貌结构的影响。结果表明,前驱体浓度与反应时间对晶体形貌结构的影响很大,在0.2mol/L六次甲基四胺体系水热反应180min和0.2mol/L四甲基氢氧化铵体系水热反应130min分别可得到较少报道的实心六方盘状结构与中空六方碗状结构。
【作者】吕玉婷；
【导师】丁新更；傅心甫；
【作者基本信息】浙江大学，材料工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】透明导电薄膜；氧化锌；低温；掺杂；铝；溶胶凝胶法；水热法；电阻率；

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