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氧化锌(ZnO)是II-VI族直接带隙(3.3eV)半导体氧化物,由于其优良的光电特性等,在发光器件、紫外探测器、太阳能电池、气敏元件以及声表面波器件等领域得到了广泛的应用。与现在常用的透明导电(TCO)薄膜ITO和SnO2:F薄膜相比,ZnO薄膜具有价格便宜,在活性氢和氢等离子体环境下稳定性高等优点而备受青睐。为提高ZnO的导电性能,常采用Al、In、Ga等元素掺杂,由于Ga的离子半径和共价键长度(0.62 ?和1.26 ?)与Zn非常相近(0.74 ?和1.34 ?),高掺杂浓度下导致ZnO的晶格畸也较小,因此,有必要研究Ga掺杂ZnO(GZO)薄膜,以期获得质量更优的TCO膜。本文采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了高质量的GZO透明导电膜,研究了衬底温度、Ga掺杂浓度、薄膜厚度等对薄膜性能的影响;用XRD、AFM、SEM、XPS和紫外-可见双光束分光光度计等测试手段对沉积的薄膜进行了表征和分析;研究了薄膜的结构、电学、光学、热电性能。通过实验和研究分析,得出以下主要结果:1.制备的GZO薄膜为六角纤锌矿多晶结构,具有(002)择优取向,晶粒大小为10~30nm,适量的Ga掺杂浓度及衬底温度能够提高结晶质量,增大晶粒尺寸,使薄膜表面更加致密。2. XPS分析表明:Zn和Ga元素分别以Zn2+和Ga3+形式存在,未发现其它价态的Zn和Ga元素,薄膜中Ga含量比靶中Ga含量稍高。3.膜厚、掺杂浓度、衬底温度对GZO薄膜的电阻率有较大影响,增大厚度、中等掺杂浓度、中等衬底温度,利于获得高导电性能。4. GZO薄膜的可见光透射率平均值均在80%以上,随着掺杂浓度的提高,薄膜的光吸收边会向短波方向移动,发生“蓝移”现象,重掺杂又会导致“红移”产生,这与“B-M”效应和多体效应的联合作用有关。5. GZO薄膜具有较强的热电效应,温差电动势为负,表明GZO为n型导电;随着膜厚增加,赛贝克系数增大;1at.%Ga掺杂时,Seebcek系数绝对值为最大值74.77μV/K。6. GZO薄膜具有较强的磁阻效应,磁阻随磁场强度和薄膜迁移率的增大而增大。磁场强度为2.15T时,3at%Ga掺杂GZO薄膜的磁阻率为最大值0.77%。7.综合光、电性能,提出沉积GZO薄膜的优化工艺条件为:掺杂浓度3at.%,衬底温度300℃,工作压强2Pa,靶基距7cm,功率160W。在此条件下制备的ZnO:Ga薄膜电阻率为1.44×10-3?.cm,平均透光率在80%以上,达到了透明导电膜的性能要求。