【摘 要】
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透明导电氧化物在太阳能电池、光电晶体管等方面具有广泛应用,在各种透明导电氧化物中,氧化锌(ZnO)和氧化镉(CdO)因其优异的光学和电学性质而受到广泛关注。CdO与ZnO两种材料复合构成的薄膜,可能会获得ZnO薄膜的低电阻率和可见光范围的高透过率、CdO薄膜的高载流子迁移率和近红外范围的高透过率的最佳特性。因此,本论文使用磁控溅射技术,制备了一系列CdO-ZnO复合薄膜,并对复合薄膜进行了 Al掺
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透明导电氧化物在太阳能电池、光电晶体管等方面具有广泛应用,在各种透明导电氧化物中,氧化锌(ZnO)和氧化镉(CdO)因其优异的光学和电学性质而受到广泛关注。CdO与ZnO两种材料复合构成的薄膜,可能会获得ZnO薄膜的低电阻率和可见光范围的高透过率、CdO薄膜的高载流子迁移率和近红外范围的高透过率的最佳特性。因此,本论文使用磁控溅射技术,制备了一系列CdO-ZnO复合薄膜,并对复合薄膜进行了 Al掺杂,系统地研究了 CdO-ZnO复合薄膜的结构、光学及电学特性。在CdO和ZnO的比例为4:1时,XRD结果主要显示为CdO(200)特征峰,在CdO和ZnO的比例为3:2时,主要显示为CdO(111)衍射峰。随着CdO含量的进一步减少,在CdO和ZnO的比例为2:3和1:4时,ZnO(002)衍射峰强度明显增强,而CdO(200)衍射峰强度急剧下降。根据SEM结果可知,CdO-ZnO(4:1、3:2、2:3、1:4)薄膜的结晶性良好,表面光滑且晶粒致密。就光学特性来说,所有CdO-ZnO薄膜在可见光区和红外光区的最高透射率都在80%以上,CdO-ZnO(2:3)薄膜在可见光区的最大透射率达到91.18%,在红外光区的最大透射率可达90.19%,复合实现了薄膜光学透过率的提高。CdO-ZnO(4:1、3:2、2:3、1:4)薄膜的光学带隙在2.62-3.63eV范围内变化,制备复合薄膜实现了对带隙的调制。就电学性能来说,随CdO含量自20%上升到80%,CdO-ZnO薄膜电阻率自27.35×10-3Ω·cm减小到10.79×10-3Ω·cm。因此认为,有望通过两种材料复合获得高导电性同时具有高透过率的透明导电氧化物薄膜。在5W-20W的Al靶掺杂功率范围内,制备了表面致密光滑的Al:CdO-ZnO(1:4)薄膜,Al掺杂使晶粒结构自长条形转变为圆形颗粒状,并实现了晶粒尺寸的细化。Al:CdO-ZnO(1:4)薄膜在可见光区和红外光区的平均光学透过率均在85%以上,仅比未掺杂CdO-ZnO薄膜出现轻微下降,Al:CdO-ZnO(1:4)的带隙值在3.55-3.67eV之间变化。掺杂Al后CdO-ZnO薄膜的导电性得到了改善,随着掺杂功率的升高,电阻率自25.64×10-3 Ω·cm逐渐下降到了 2.55×10-3Ω·cm,在保留高光学透过率的同时进一步减小了电阻率。
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