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作为一种直接带隙的半导体材料,氧化锌(ZnO)不仅具有高透过率、低电阻率和较宽的光学带隙(3.3eV),而且还具有优越的压电性能和热电性能,深受科技界的普遍重视,是目前应用广泛的一种新型半导体材料。掺杂氧化锌,特别是掺铝氧化锌(AZO)薄膜以其原料便宜、无毒等优势已经成为可以替代ITO透明导电薄膜的重要材料之一。在掺杂氧化锌材料中,由于掺钛氧化锌(TZO)的研究报道相对较少,因此,选用TZO透明导电薄膜的制备工艺及其性能作为本论文的研究主题。 本文采用射频磁控溅射技术,在1.1mm厚的白玻璃衬底上制备了TZO透明导电薄膜。通过X射线衍射仪、接触角测量仪、数字式四探针测试仪、双光束紫外/可见分光光度计等测试表征,研究了钛掺杂浓度和制备工艺条件对TZO薄膜微观结构、湿润性质和光电特性的影响,主要结论如下: 1、不同掺杂浓度时所制备的TZO薄膜均具有(002)择优取向特性,Ti原子有效地替代了Zn原子位置。钛掺杂对TZO薄膜的光学透过率影响较小,但能够有效提高薄膜的导电能力,改善其表面的亲水特性,并且TZO薄膜性能与掺杂浓度密切相关,实验获得的最佳掺杂浓度为3wt.％。与未掺杂的ZnO薄膜相比,采用3wt.%陶瓷靶所制备的TZO薄膜,其导电性能显著提高,电阻率从1.049?·cm下降为4.706×10-3?·cm,所对应TZO的晶粒尺寸为53.1nm,可见光波段平均透过率为86.48%,光学带隙为3.4eV,品质因数为4.534×10-3?-1,具有较好的光电综合性能。 2、不同衬底温度制备TZO薄膜时,其(002)峰位和衍射峰强度只有微小变化,衬底温度对TZO薄膜的微观结构影响较小,但升高衬底温度能够增加TZO薄膜的可见光波段透过率,并对其电学性能产生的影响较大。另外,研究还表明TZO薄膜适合于较低衬底温度下生长。当衬底温度为150?C时,其可见光平均透过率为84.65%,光学带隙为3.5eV,电阻率为1.453×10-3?·cm,品质因数可达1.389×10-2?-1,光电综合性能优良。 3、溅射压强对TZO薄膜的微观结构具有较大的影响,压强过大或过小时都将导致薄膜结晶度变差、亲水特性劣化、光学透过率下降、电阻率增大。综合考虑溅射压强对TZO薄膜性质的影响,当溅射压强为0.6Pa时,TZO薄膜具有最好的综合光电性能,其可见光波段平均透过率为84.65%,光学带隙为3.5eV,电阻率为1.453×10-3?·cm,品质因数为1.389×10-2?-1。 通过研究掺杂浓度和工艺条件对TZO薄膜性能的影响,制备TZO透明导电薄膜的最佳掺杂浓度为3wt.%,最优制备工艺条件为溅射功率为200W、溅射压强0.6Pa、靶基距为75mm、衬底温度为150?C、溅射时间为20min。