关键词：
磁控溅射
ZnO:Ga靶材
NiO:Cu靶材
ZnO:Ga薄膜NiO:Cu薄膜
pn结
曲线
光电特性
摘要：
以ZnO、Ga2O3、NiO、CuO等粉末为原料,采用固相反应法制备了ZnO:Ga和NiO:Cu陶瓷靶材。研究了不同烧结温度对ZnO:Ga和NiO:C u陶瓷靶材的致密度和掺杂比的影响。采用射频磁控溅射镀膜机在玻璃衬底上沉积了具有高度c轴择优取向的ZnO:Ga和NiO:Cu透明半导体薄膜。探索了溅射功率、氩气流量、溅射压强、衬底温度和氧气流量等工艺对ZnO:Ga和NiO:Cu薄膜的微结构、光学性能和电学性能的影响。在最佳的成膜工艺下,在ITO玻璃衬底上沉积了ZnO:Ga和NiO:Cu膜,测试了ZnO:Ga和N iO:Cu膜的I-V特性曲线。主要实验结果如下：（1）经1500℃,4小时烧结的ZnO:Ga陶瓷靶材,其镓锌原子掺杂比为4.34%,其致密度高达98.84%。（2）经1300℃,4小时烧结的NiO:Cu陶瓷靶材,其铜镍原子掺杂比为9.96%,其致密度高达98.02%。（3）ZnO:Ga陶瓷靶材的烧结温度超过1550℃时,靶材致密度下降到96%；而镓锌原子掺杂比上升到18.67%,且镓锌原子掺杂比随着烧结时间的增长而升高。（4）在烧结过程中,当烧结温度高于1100℃时,如升温速率超过1℃/min,会导致NiO:Cu陶瓷靶材开裂、弯曲。（5）霍耳效应实验结果显示,本文所制备的ZnO:Ga薄膜均为n型半导体。XRD测试结果显示,在ZnO:Ga薄膜的XRD图谱中,只含ZnO （002）的特征衍射峰。（6）ZnO:Ga薄膜的晶粒尺寸大小、载流子迁移率在溅射功率加大时上升；电阻率和光学透过率在溅射功率增加时候下降。实验结果显示,ZnO:Ga薄膜的光学透过率均大于80%。（7） ZnO:Ga薄膜的晶粒尺寸、载流子迁移率和电阻率随沉积过程中氩气流量、溅射压强、衬底温度和氧氩比的变化而变化。当氩气流量为60SCCM时,ZnO:Ga薄膜的晶粒尺寸较大,载流子迁移率较高,而电阻率较低。当氩气流量为80SCCM时,ZnO:Ga薄膜的光学透过率较高。当溅射压强为0.35Pa时,ZnO:Ga薄膜晶粒尺寸和载流子迁移率较大,而其电阻率较小。当溅射压强为2Pa时,ZnO:Ga薄膜的光学透过率较高。当衬底温度为450℃时,ZnO:Ga薄膜晶粒尺寸和载流子迁移率较大,而其电阻率较小。当衬底温度为350℃时,ZnO:Ga薄膜的光学透过率较高。当氧氩比为1：1时,ZnO:Ga薄膜晶粒尺寸较小,其光学透过率较大。（8）霍耳效应实验结果显示,本文所制备的NiO:Cu薄膜均呈现为p型半导体。（9）NiO:Cu薄膜的载流子迁移率、电阻率和光学透射率随沉积过程中溅射功率、溅射压强、衬底温度和氧氩比的变化而变化。随着溅射功率的增加,NiO:Cu薄膜的电阻率和载流子迁移率逐渐增大,光学透射率逐渐降低。XRD图谱显示,当衬底温度为350℃时NiO（111）衍射峰较强,随着衬底温度的增加,NiO（111）衍射峰强度降低。提高衬底温度导致电阻率和载流子迁移率先增高而后降低。薄膜的光学透过率随衬底温度的升高而升高。当氧氩比为1：1时,NiO （111）衍射峰较强；随着氧氩比的升高,NiO薄膜样品的电阻率先减小而后增大,载流子迁移率先增加后减小,薄膜的光学透过率随氧氩比的升高而升高。（10）在n型ZnO:Ga薄膜上沉积p型NiO:Cu薄膜制成pn结,并采用霍耳效应装置测量其I-V曲线,显示出典型的pn结的I-V曲线。
