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F,Al共掺杂ZnO透明导电薄膜的制备及掺杂机理研究
F,Al共掺杂ZnO透明导电薄膜的制备及掺杂机理研究
摘要：
ZnO薄膜由于其良好的透明导电性能在太阳能电池、液晶显示、光电器件等领域具有广泛的应用前景。本研究通过共掺杂F和Al元素，制备了F,Al共掺杂的ZnO透明导电薄膜，并对其掺杂机理进行了研究。结果表明，F,Al共掺杂可以显著提高ZnO薄膜的导电性能，并且掺杂机理主要是由于F元素替代了ZnO晶格中的氧原子，并形成氟负离子与Al三价阳离子形成的复合缺陷。
关键词：ZnO，共掺杂，透明导电薄膜，掺杂机理
1.引言
透明导电薄膜是一种具有高透过率和低电阻率的薄膜材料，广泛应用于太阳能电池、液晶显示和光电器件等领域。作为一种常用的透明导电材料，ZnO由于其良好的光电性能受到研究者的广泛关注。然而，纯ZnO薄膜具有较高的电阻率，限制了其在实际应用中的性能。因此，提高ZnO薄膜的导电性能是当前研究的热点之一。
2.实验方法
(1)原料制备：通过溶液法制备ZnO前驱体，添加适量的Al(NO3)3和NH4F进行共掺杂。
(2)薄膜沉积：将ZnO前驱体溶液通过旋涂法沉积在玻璃基板上，然后在空气中烘干，最后进行退火处理。
(3)表征分析：使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和光电流系统等技术对所制备的F,Al共掺杂ZnO薄膜进行表征。
3.结果与讨论
(1)结构表征：X射线衍射仪结果显示，薄膜为纯ZnO相，无明显的杂质相存在。扫描电子显微镜结果表明，薄膜表面平整且晶粒分布均匀。
(2)光电性能：光电流系统测试结果显示，F,Al共掺杂ZnO薄膜的光电导率明显提高。此外，透射率保持在80%以上，波长范围广，证明了该薄膜的优良透明性。
(3)X射线光电子能谱结果显示，F元素替代了ZnO晶格中的氧原子，形成氟负离子，增加了电子浓度。同时，Al元素形成了与氟负离子形成复合缺陷。
4.结论
通过共掺杂F和Al元素，制备了F,Al共掺杂ZnO透明导电薄膜，并研究了其掺杂机理。结果表明，F,Al共掺杂可以显著提高ZnO薄膜的导电性能。掺杂机理主要是由于F元素替代了ZnO晶格中的氧原子，并形成氟负离子与Al三价阳离子形成的复合缺陷。本研究为制备高性能ZnO透明导电薄膜提供了新的思路和方法。
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