ZnO基透明导电薄膜的低温制备及性能优化.pdf

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1、圣垒Q基透盟昱皇蔓鏖鲍堡遏剑查区：眭能选丝⑧论文作者签名：—j丛盐卜指导教师签名：泫乜圈论文评阅人1：评阅人2：评阅人3：评阅人4：评阅人5：答辩委员会主席：乏：J：聋￡渤渔叁耋。盘整!委员1：童：l塞塞工￡渤江盘星。蕴幺挫．2一委员2：垃耋垒!函之羔．基星：盏】盏整2委员3：＆长监：￡函鎏盘釜。益2整丝2委员4：兰塑军￡逝主1太箧：盘4重堑丝!委员5．．．．鞫：&骋￡过马姐生莹。赵■垫)答辩日期：—上基二二年立罩立LLOWternperatureQre乜arationanclQertOrmanCeoptim——izationofZnO-basedtran

2、sparentconductivefilms．⑧Autho^slgnature：阜肖卜呼卜一一‘●‘Supervisor7ssignature：ExternalReviewers：如户P叫’曳-迅脚9刁)ExaminingCommitteeChairperson：ExaminingCommitteeMembers7。Dateoforaldefence：—盥匝凼‘L二业L一浙江大学研究生学位论文独创性声明⋯EIIIIIIIIIIIIEIIlfY1893521本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的

3、地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙婆太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：搬如汤／签字日期：沙lJ年；月f／日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解浙江太堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙婆太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者始

4、渺山哥签字日期：弘J1年专月fJ日导师签名：涉彭封签字日期：沙／／年弓月I／曰前言前言随着科学技术不断进步，半导体科学在最近几十年取得了惊人的进展，其主要原因在于半导体材料的广泛应用所导致的对其紧迫需求。一方面实际应用促进了理论的深入发展，另一方面理论的完善又促进了新型实用材料体系和先进制备技术的研究开发。半导体材料在微电子领域的开发和应用将越来越重要。透明导电薄膜是一种重要的光电信息材料，它将透明性和导电性结合在一起，已广泛应用于薄膜太阳能电池、液晶显示器、气体传感器、节能玻璃等光电器件中。目前应用最多的是铟锡氧化物(In203：Sn，日glTO)薄膜，

5、它具有优异的综合光电性能和成熟的工艺，但ITO薄膜的实际应用存在一个决定性的制约因素，即In是一种稀有金属，In资源严重缺乏，另P['ITO薄膜在还原性气氛中不稳定。相比之下，ZnO基透明导电薄膜具有材料来源丰富、价格低廉、无毒、容易实现低温制备、在氢等离子体环境中稳定等优点，是一种最有希望替代ITO薄膜的材料。ZnO可供选择的施主元素有很多，包括III族元素、IV族元素、VB族元素、Vl族元素和VII族元素，最常用的为A1、Ga、In等III族元素，特别是Al元素。Al掺杂ZnO(ZnO：A1，即AZO)薄膜的研究最广泛深入，目前已部分取代ITO薄膜，在

6、太阳能电池等领域得到了应用。AZO透明导电薄膜可以通过多种方法制备，如化学气相沉积、脉冲激光沉积、溅射、热蒸发、溶胶．凝胶、喷雾热分解等技术。利用上述技术虽然能够获得光电性能较优的AZO透明导电薄膜，但通常是在加热衬底的条件下实现，衬底温度在250～5000C。这就存在以下问题：较高的生长温度与某些器件的低温制程不兼容；另外，柔性器件中通常以聚合物材料为基底，而大多数聚合物(如PC)不能承受高于1300C的温度。因此，为了使AZO薄膜获得更广泛的应用，必须降低其生长温度，实现低温生长，特别是室温生长。本文采用直流反应磁控溅射技术，以Zn．AI合金靶为溅射靶

7、材，在室温条件下制备AZO薄膜。相比其它沉积技术，直流反应磁控溅射法具有沉积速率高、成膜致密均匀、容易实现低温沉积、设备简单、成本低等优点。文中通过优化工艺参数在室温条件下制备了高透明高导电的AZO薄膜，深入研究了氧分压对AZO薄膜结构、表面形貌、电学和光学性能的影响。为进一步提高AZO薄膜的导电性能，实现其在有机发光二极管等柔性器件上的应用，我们在AZO薄膜的基础上引入一层较薄的金属Cu膜，分别在硬质玻璃和柔性PC衬底上制备了AZO／Cu、Cu／AZO和AZO／Cu／AZO三种多层结构透明导电薄膜，并研究了沉积Cu层时的工艺参数对薄膜性能的影响。本领域的

8、研究对ZnO基透明导电薄膜的刖舌低温制备及实际应用范围的推广具有非