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共溅射法制备Cu掺杂ZnO薄膜结构及性能的研究
摘要：
本研究采用共溅射法制备Cu掺杂ZnO薄膜结构，并对其进行了表征和性能测试。结果表明，Cu掺杂ZnO薄膜呈现出良好的晶体结构和光学性能，且具有良好的电学性能和导电性能，这表明共溅射法是一种有效制备ZnO薄膜的方法，并且Cu掺杂可以显著提高其性能。
关键词：共溅射法；ZnO；Cu掺杂；薄膜；性能
引言：
ZnO薄膜作为一种非常重要的材料，在光电领域、传感器领域、太阳能电池领域和透明导电膜等领域得到了广泛的应用。目前，有许多的研究工作集中在探索新型的制备方法，以提高ZnO薄膜的性能。掺杂是提高ZnO薄膜性能的有效方法之一。其中，Cu掺杂被广泛应用于制备高性能透明导电膜、光催化材料和电热材料等方面。
共溅射法是一种常用的制备薄膜的方法，其具有制备过程简单、易于控制成膜厚度和成膜质量良好等优点。本研究旨在采用共溅射法制备Cu掺杂ZnO薄膜，并对其表征和性能进行研究。通过研究，可以得到Cu掺杂对ZnO薄膜结构和性能的影响。
实验：
制备Cu掺杂ZnO薄膜的方法采用共溅射法。实验采用直流磁控溅射仪，以ZnO靶和Cu靶作为原料，使用氩气为稀释气体，并在常温下制备薄膜。薄膜的掺杂量采用不同的CuO和ZnO的比例控制（分别为0：100，1：99，2：98，3：97，4：96）。制备好的样品分别用X射线衍射仪测定结构，紫外-可见光谱仪测定光学性能；用霍尔效应仪和四探针仪测定电学性能和导电性能。
结果与分析：
通过X射线衍射仪测试得到的结果显示，所有样品均为具有wurtzite结构的晶体，其XRD峰强度随Cu掺杂量的增加而增加，峰形逐渐变窄，表明晶体质量随掺杂量的增加而提高。由另一方面显示，晶体结构没有发生变化。此外，随着Cu掺杂量增加，X射线晶体的平均尺寸逐渐减小。
通过紫外-可见光谱仪测定可见光透过率，发现Cu掺杂ZnO薄膜的透过率随Cu掺杂量的增加而降低。随着掺杂量的增加，薄膜的吸收能力提高，表明Cu掺杂提高了薄膜的吸收能力。此外，不同Cu掺杂量的样品都具有较强的紫外吸收峰，在UV-B和UV-C区域具有很好的吸收性能。
电学性能方面，随着Cu掺杂量的增加，样品的载流子密度逐渐增加，电阻率逐渐降低，表明Cu掺杂可以显著提高ZnO薄膜的导电性能。此外，载流子迁移率也随着掺杂量的增加而提高。四探针测试表明，Cu掺杂可有效提高薄膜导电性质。
结论：
通过共溅射法制备Cu掺杂ZnO薄膜，研究Cu掺杂对薄膜结构和性能的影响。结果表明，随着Cu掺杂量的增加，晶体结构没有发生变化，晶体平均尺寸逐渐减小；可见光透过率随Cu掺杂量的增加而降低，吸收能力提高；载流子密度和导电性能随着Cu掺杂量的增加而提高。这表明共溅射法是一种有效制备高性能ZnO薄膜的方法，而Cu掺杂可以显著提高其性能，可用于透明导电膜、光电器件和传感器等领域的应用。