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现有研究条件
实验室仪器： 1.UV-3600型紫外-可见-红外分光光度计 2.全自动自内校天平 3.JB-3A型定时恒温磁力搅拌器 4.HOT PLATE MODELKW-4A(烘箱) 5.SPIN-COATER KW-4A(自旋式涂敷机) 6.KQ-500型超声波清洗器 7.计算机
目前研究结果
论文的研究意义
常用的制备氧化物透明导电薄膜的工艺有磁控溅射、 化学气相沉积、真空蒸发和溶胶－凝胶法。比较这些方 法，溶胶－凝胶法具有工艺简单，成分易于控制，成本 低廉和工艺参数易控等优点。 溶胶－凝胶法制备薄膜的基本原理是:将对应金属 的无机盐或醇盐经过水解，使之形成溶胶，然后通过溶 质的聚合将溶胶凝胶化，再将得到的凝胶干燥、高温下 锻烧除去有机成分及可挥发物质，最后在衬底上得到相 应的无机材料薄膜。
开
题
题
报
告
目：溶胶－凝胶法制备掺杂铝氧化 锌薄膜及性能分析 指导教师： 作 者： 专 业：原子与分子物理 开题时间：2011年９月
论文的研究意义 国内外研究现状 研究计划 现有研究条件 目前研究结果 进度安排
论文的研究意义
目前，薄膜材料己成为微电子学、光电子学、材料 表面改性、传感器和太阳能利用等许多新型交叉学科的 重要的材料基础。 其中，透明导电氧化物薄膜材料因其大的载流子浓 度和光学禁带宽度而具有优良的光学性能和导电性能， 应用领域非常广泛，比如应用于太阳能电池、平板显示 器的透明电极、电磁防护屏等方面。ZnO薄膜由于具有 优异的光电特性，原材料在自然界中的储量丰富、易于 制造、成本低廉、无毒和化学稳定性好，近年来受到广 泛的关注，特别是铝离子掺杂的ZnO薄膜(简称ZAO或 AZO)。
参考文献
[14]韦莉.有机-无机杂化透明导电薄膜的制备及性能研究[D].上海: 华东理工大学，2010. [15]张英新.溶胶-凝胶法制备Al3+掺杂Zn0及其性能研究[D].北京:北 京交通大学，2010. [16]贾波.铝离子掺杂氧化锌薄膜的溶胶-凝胶法制备及性能[D].青岛: 中国海洋大学，2010. [17]高珊，谷景华，张跃等.溶剂热法制备铝掺杂的氧化锌透明导 电薄膜[J].无机化学，2010，26(1):55-60. [18]徐模辉，王华，许积文等. Sol-gel法工艺条件对ZAO薄膜晶 面取向性的影响[J].电子元件与材料，2008，27(7).
研究计划
本论文运用溶胶－凝胶技术和热处理工艺，在载玻 片上制备出ZAO薄膜。采用X射线衍(XRD)和扫描电子 显微镜(SEM)对薄膜的成分、结构和形貌进行表征;通 过紫外－可见－红外光分光光度计对薄膜的透光性能进 行研究。 采用溶胶－凝胶制备方法，以二水乙酸锌为前驱体， 乙二醇甲醚为溶剂，单乙醇胺做稳定剂，九水硝酸铝为 掺杂剂，利用旋涂法在玻璃衬底上制备ZAO薄膜。 研究铝离子掺杂比，溶液浓度，涂层数以及退火温 度等工艺参数对ZAO薄膜形态及性能的影响。
参考文献
[9]Hu J Gordon R G. Textured aluminum-doped zinc oxide thin films from atmospheric pressure chemical-vapor deposition[J]. J Appl Phys, 1992, 71(2): 880-890. [10]范志新.ZAO透明导电薄膜的特性、制备与应用[[J].真空，2000, 5:10-14. [11]葛水兵，程珊华，宁兆元等.氧分压强和基片温度对脉冲激光沉 积的ZnO:Al膜性能的影响[J].功能材料，2000, 31: 82-83. [12]巩锋.溶胶凝胶法制备AI3+: Zn0薄膜及其性能研究[D].北京:北 京工业大学，2003,5. [13]葛春桥.溶胶-凝胶法制备AZO透明导电薄膜的研究[D].武汉:武 汉理工大学，2005.
在前一阶段的试验中，我与同学制备了锌浓度为0.1~ 0.5mol/L，铝离子掺杂量为1%的溶胶，并旋涂制成了3~10层 的ZAO薄膜，退火温度在300~500 ℃。 所得的薄膜电阻率在１MΩ数量级，透光度在70%以上。 薄膜的稳定性低，实验可重复性低。 实验的工艺及参数还有待改进。
进度安排
◆2011.3----2011.6 进行探究实验，确定适当的研究 参数。 ◆2011.9----2012.1 按之前确定的参数进行实验，得 出结果。 ◆2012.1----2012.4 对实验结果进行分析，编写论文。
国内外研究现状
河北工业大学范志新除研究了ZAO膜的结构、光电特 性外，还对磁控溅射、脉冲激光沉积、溶胶－凝胶等工艺 进行了研究。 苏州大学的葛水兵等人利用脉冲激光沉积技术制备 ZAO薄膜，并进行了测试，仔细分析了制备工艺条件对薄 膜结构性能的影响。 从国内外的研究情况来看，国内的ZAO膜还没有达到 国外同类研究的先进水平，仍有待于深入研究。
国内外研究现状
Kim等认为ZAO薄膜的导电性优于纯氧化锌薄膜， 这是因为铝离子替代锌离子形成了氧空位和间隙原子。 随着铝离子含量的增加，薄膜的载流子浓度增加，霍尔 迁移率的降低是由于晶界散射和杂质的离化等因素造成 的。 Hu J等人利用化学气相沉积制备ZAO薄膜。具体过 程是用二乙锌和适量的三乙铝作为反应原料，用 99.995%的He气送入反应室内，基片的温度变化范围为 300~450℃，在反应室内让通入的反应原料在热基片上 进行热分解、还原，然后进行化学反应，最终生成ZAO 薄膜沉积到基片上。
国内外研究现状
Hu J用此法制备出的薄膜电阻率为 射率超过80%。
Ω· cm，透
国内外研究现状
国内透明导电薄膜的研究和生产起步较晚，但发展 比较迅速。我国在二十世纪九十年代的研究重点是ITO 薄膜。随着国外透明导电膜的研究向成本更为低廉、无 污染的ZAO导电膜转移，我国也开始了相应的研究工作。 中科院金属研究所的闻立时等人的研究工作（溅射 法）开始得较早，他们的研究工作偏重于薄膜结构对其 光学、电学性能的影响，并且还探讨了制备过程中工作 压强、氧气流量、溅射功率、靶中铝含量以及衬底温度 等因素对薄膜组织结构以及性能的影响。
参考文献
[1] Chopra K L，Major S，Pandya D K. Transparent ConductorsA Status Review[J].Thin Solid Films， 1983，102:1-46. [2] Aktaruzzaman A F， Sharma G L， Malhotra L K. Eleetrical. Optical and annealing characteristics of ZnO:AI films prepared by spray pyrolysis [ J].Thin solid Films，1991，198:67-74. [3]Tominaga K，Kataoka M，Manabe H， et al. Transparent ZnO:AI films prepared by co-sputtering of ZnO:AI with either a Zn or an AI target [J].Thin Solid Films，1996，(291): 84-87. [4]Kim K H, Park K C, Ma D Y, et al. Structural, electrical and optical properties of aluminum doped zinc oxide films prepared by radio frequency magnetron sputtering[J]. Appl Phys,1997, 81(12): 7764-7772.
国内外研究现状
国外最早制备ZAO薄膜方法是Spray(喷雾热分解) 法，由Shanthi在二十世纪八十年代完成，他在乙酸锌 溶液中掺入少量的氯化铝溶液，加热分解喷涂在基片上 得到了ZAO薄膜。 之后， Aktaruzzaman应用Spray法制备ZAO薄 膜，获得可见光透射率85%的样品，在氢等离子体中性 能稳定。 Tominaga等对ZAO薄膜做了XRD分析，表明样品 呈C轴取向，(002)峰的半高宽值与样品的晶粒尺寸成 反比，同时样品在可见光区的透射率应达到80%以上。
参考文献
[5]Hu J Gordon R G. Textured aluminum-doped zinc oxide thin films from atmospheric pressure chemical-vapor deposition[J]. J Appl Phys, 1992, 71(2): 880-890. [6]Wendt R, Ellmer K. Desorption of Zn from a growing ZnO: A1film deposited by magnetron sputtering[J]. 1997, 93: 27-31. [7]Ellmer K, Cebulla R, Wendt R. Characterizatiischarge with simultaneous RF and DC excitation of the plasma f or the deposition of transparent and conductive ZnO:AI films[J]. Surface and Coatings Technology, 1998, 98: 1251一1256. [8]Chen M, Pei Z L, Wang X, et al. Structural electrical optical properties of transparent oxide ZnO:AI films prepared by magnetron reactive Sputtering[J].Vac Scitechnol, 2001, A19(3):963-970．