【摘 要】
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氧化锌（ZnO）作为第三代半导体材料,具有禁带宽度大、介电常数小、无毒、廉价等优点,可广泛应用于蓝光和紫外光的发光器件,是目前电子领域发展的一个热点。此外,N型导电的ZnO薄膜可进行铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）等三价原子的掺杂。在这些掺杂元素中,Al掺杂的ZnO（AZO）薄膜因为其低电阻率和可见光、近红外区的优良透光性,在薄膜晶体管、发光二极管、透明导电涂层、光电探测器以及太阳能电池领域展现
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氧化锌（ZnO）作为第三代半导体材料,具有禁带宽度大、介电常数小、无毒、廉价等优点,可广泛应用于蓝光和紫外光的发光器件,是目前电子领域发展的一个热点。此外,N型导电的ZnO薄膜可进行铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）等三价原子的掺杂。在这些掺杂元素中,Al掺杂的ZnO（AZO）薄膜因为其低电阻率和可见光、近红外区的优良透光性,在薄膜晶体管、发光二极管、透明导电涂层、光电探测器以及太阳能电池领域展现出良好的发展前景。原子层沉积技术与其他薄膜制备方法相比,具有生长温度低、保形性突出、良好的衬底适应性、厚度高度可控、致密性好、再现性强等优点,逐步成为目前制备ZnO及AZO薄膜的主流方法。本课题采用热原子层沉积（T-ALD）技术在单晶硅和石英玻璃衬底上分别制备ZnO、Al2O3以及AZO薄膜,以二乙基锌、三甲基铝分别作为锌源、铝源,超纯水作为氧源。研究了衬底温度、前驱体脉冲时间、循环数三种工艺参数对氧化锌薄膜性能的影响;同时初步探讨了适合Al2O3薄膜生长的沉积温度范围,接着探究了不同铝锌循环比对AZO薄膜性能的影响;最后对探索了TMA脉冲前水的清扫时间、退火温度两种工艺改进方案对AZO薄膜性能的影响。得到的结论如下:1.在沉积温度250℃、脉冲时间0.04 s、循环数200 cycles的工艺参数下制备的ZnO薄膜平均生长速率达到最大值1.59（?）/cycle。此时,薄膜结晶性最好。在可见光范围内平均透射率达到80%以上,电阻率为2.89×10-3Ω·cm,载流子浓度达到1.8665×1020 cm-3。2.Al2O3薄膜稳定生长的衬底温度范围是200～250℃,此时薄膜的平均生长率稳定在1.04（?）/cycle左右。在此基础上探究了1:39、1:19、1:14、1:9四种铝锌循环比对AZO薄膜性能的影响,结果表明1:19为最佳铝锌循环比。此时,AZO薄膜在可见光区平均透射率达到85.3%,电阻率低至2.761×10-4Ω·cm。3.对AZO薄膜的制备工艺进行了改进,即延长TMA脉冲前水的清扫时间,测试结果表明最佳清扫时间为80s。此时,AZO薄膜的电学性能得到了进一步改善,电阻率达到2.412×10-4Ω·cm,载流子浓度为2.037×1022 cm-3。4.制备工艺改进后,探究了400℃、500℃、600℃、700℃四种退火温度对AZO薄膜性能的影响。结果表明,当退火温度达到500℃时,薄膜的可见光平均透射率提升至86.2%,电阻率进一步降低到2.361×10-4Ω·cm,载流子浓度达到2.584×1022 cm-3。
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