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新型复合TCO透明导电薄膜

作　者: 杨薇
导　师: 周艳文；吴法宇
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 复合透明导电氧化物薄膜磁控溅射粉末靶非平衡磁场磁控溅射光、电性能
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

透明导电氧化物薄膜（Transparent Conductive Oxide简称TCO）为重掺杂、高简并半导体。因具有良好的导电性能和较高的透光率,已经在太阳能电池、透明电子器件和平板显示中得到应用。但是TCO薄膜的生产成本较高并且有毒,限制了光伏电池的大规模生产应用。因此,找到一种具有较好光电性能,又价格低廉的材料在科学研究和实际应用中是非常有价值的。本论文利用粉末靶易于控制成分的特点,大范围改变混合成份,使用射频磁控溅射技术在玻璃衬底上制备ZnO:Zn（at%）透明导电氧化物薄膜、ZnO-SnO₂和CdO-SnO₂基三元透明导电氧化物薄膜。并且利用正交试验设计法系统研究了溅射功率、工作压强和靶基距对新相ZnSnO₃和Cd₂SnO₄性能的影响。利用X射线衍射仪（XRD）研究薄膜的晶体结构;利用透射电子显微镜（TEM）和（EDAX）、原子力显微镜（AFM）系统研究薄膜的表面形貌和成分;利用台阶仪测量薄膜的厚度;利用霍尔效应（Hall）测试仪分析薄膜的电学性能;利用紫外线-可见光光度计对薄膜光学性能进行研究,主要内容如下:（1）实验制备的薄膜均具有柱状结构,并且薄膜比较致密,颗粒均匀。（2）单一ZnO,SnO₂和CdO薄膜中,CdO薄膜平均粒径及粗糙度最大,SnO₂薄膜平均粒径及粗糙度最小,ZnO薄膜则界于两者之间。（3）ZnO:Zn（除at5%）薄膜在可见光区域的透过率都在80%以上,与未掺杂的ZnO薄膜相比,透过率均或多或少有所下降;并且ZnO:Zn薄膜的载流子浓度及迁移率与纯ZnO薄膜相比均有下降。（4）在三元氧化物薄膜中,我们可以看到薄膜中存在纳米晶和非晶相,并且晶粒之间的晶界面及晶格缺陷清晰可见。薄膜在可见光区的平均透光率均在80%以上。（5）在ZnO-SnO₂体系中,在两种金属离子比例约为1:1和7:3时,出现了新相ZnSnO₃和Zn2SnO₄,其中ZnSnO₃相有较好的导电性,但新相的形成并没有使氧化物薄膜的导电性发生显著改观。（6）在CdO-SnO₂体系,在两种金属离子比例约为1:1和7:3时,也出现了新相CdSnO₃和Cd₂SnO₄。新相均具有较好的导电性能。（7）正交试验确定了材料的最佳制备工艺:ZnSnO₃薄膜为功率400W、工作压强0.3Pa、靶基距130mm;Cd₂SnO₄薄膜为功率200W、工作压强0.3Pa、靶基距130mm。

新型复合TCO透明导电薄膜

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