磁控溅射制备铜、氢共掺杂氧化锌薄膜及其透明导电性能的研究

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研究表明,H掺杂或Cu掺杂可以显著改变ZnO薄膜的光、电或磁性能,而H、Cu共掺杂ZnO薄膜尽管还有没有广泛的研究,但已有的研究已经表明了在光电器件方面具有潜在的应用背景。本论文拟采用磁控溅射法制备薄膜,通过变化靶材中Cu含量,并且拟在溅射过程中通入不同流量的H2,制备具有不同H、Cu掺杂量的ZnO薄膜,研究制备薄膜的微观结构、光学、电学等性质,探索制备透明导电薄膜的工艺参数,分析H、Cu共掺杂的机制,为H、Cu共掺杂ZnO薄膜的进一步研究和应用奠定基础。论文首先研究了衬底温度在150℃和300℃下,不同H2流量和Cu掺杂量(0,0.5和2at%)对ZnO薄膜结构和光电性能的影响。实验结果表明,衬底温度为150oC时,三种不同靶材制备的薄膜在合适的H2流量下,可得到单一(002)位向的衍射峰,并且获得最低电阻率(10-2Ω cm);除了2at%Cu掺杂ZnO薄膜当H2流量超过一定值时,其平均透光率显著降低外,其它薄膜的平均透光率大约在90%左右。当衬底温度为300oC时,三种薄膜获得最低电阻率基本上是当H2流量达到最大值时;除了2at.%Cu掺杂ZnO在H2流量为4.5和6sccm时外,三种薄膜在可见光区域的平均透光率为80%左右。其次,论文进一步研究了时效和真空退火处理对薄膜导电性能的影响。研究发现,在150oC下制备的薄膜,只有2at%掺铜氧化锌具有良好的电学稳定性,而在300oC下制备的Cu、H共掺杂ZnO薄膜都有着良好的电学稳定性。最后,经过真空退火处理后,三种薄膜的电阻率明显增大,但能其导电稳定性也明显提高。
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