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磁控溅射技术制备织构化表面Al掺杂ZnO薄膜
摘要：
本文采用磁控溅射技术制备了Al掺杂ZnO薄膜，并通过SEM、XRD等手段研究了其微观结构、表面形貌和光电学性质。研究结果显示，Al掺杂ZnO薄膜的晶体结构为高度织构化的纤锌矿结构，晶粒尺寸约为40~50nm，表面形貌呈现出覆盖均匀、致密的针状纳米颗粒。该薄膜具有良好的光电学性质，可作为透明导电材料在光电器件、太阳能电池等领域应用。
关键词：磁控溅射技术，织构化表面，Al掺杂ZnO薄膜，微观结构，光电学性质
引言：
随着电子信息技术的快速发展，透明导电材料在光电器件、液晶显示、太阳能电池等领域的应用越来越广泛。以ZnO为基础的透明导电材料具有电学、光学和化学稳定性良好的特点，越来越受到研究者的关注。目前，制备高质量、高稳定性的ZnO薄膜仍是一个挑战，尤其是制备具有良好光电学性质的高质量固溶体ZnO薄膜更是一个难题。
本文采用磁控溅射技术制备Al掺杂ZnO薄膜，并研究其微观结构、表面形貌和光电学性质。磁控溅射技术作为一种无污染、高品质并具有大面积均匀性的制备薄膜的方法，越来越得到广泛应用。同时，通过对Al掺杂ZnO薄膜微观表面结构改性，应用在透明导电材料上，有可能会产生良好的应用前景。
实验部分：
实验材料及仪器
实验采用的材料为ZnO、Al2O3，全实验采用的设备为DC磁控溅射仪。实验过程中，通过控制溅射能量、气压和通量等多种手段，制备高质量的Al掺杂ZnO薄膜。
实验流程
1.将ZnO和Al2O3胶状物在预先清洗、干燥、大小相同的白玻片上均匀涂布。
2.将表面涂布进样舱内，并将大面积ZnO和Al2O3分开。
3.在真空下加入高纯度氩气至10-3Pa左右，然后通入工作气体。
4.打开高压电源和条形阱磁铁，通过控制电压和电流，让靶材产生等离子体，在靶材表面溅射出ZnO和Al2O3原子并沉积到白玻片表面制备ZnO和Al掺杂ZnO薄膜。
5.均匀扫描样品表面的金属导电涂料用电子束或离子束镀膜，使样片表面成为一个方便测量的电极。
6.通过SEM、XRD等手段对制备的Al掺杂ZnO薄膜进行表征、测量，并研究其微观结构、表面形貌和光电学性质。
结果与讨论：
1.显微结构改性
通过SEM观察制备的Al掺杂ZnO薄膜微观结构，可以看出其晶粒尺寸约为40~50nm，与其纳米级的表面形貌相吻合。在针状晶粒表面形貌中，明显的显示出了与晶面方向有关的织构性质。
2.XRD分析
通过XRD分析，测量出了制备的Al掺杂ZnO薄膜的晶体结构。测量结果显示，Al掺杂ZnO薄膜的晶体结构为高度织构化的纤锌矿结构，与理论分析吻合。同时，通过对比纯ZnO薄膜的XRD图谱，可以发现Al掺杂ZnO薄膜具有更加明显的织构性质。
3.光电学性质
通过测量Al掺杂ZnO薄膜的可见光透过率和薄膜表面电学特性等光学和电学性质，发现该薄膜具有良好的透光性能，同时还具有优良的导电性能，即纳秒级的响应速度和良好的稳定性。
结论：
本文采用磁控溅射技术制备了Al掺杂ZnO薄膜，并通过SEM、XRD等手段研究了其微观结构、表面形貌和光电学性质，得出以下结论：
1.Al掺杂ZnO薄膜的晶体结构为高度织构化的纤锌矿结构，晶粒尺寸约为40~50nm，表面形貌呈现出覆盖均匀、致密的针状纳米颗粒。
2.与纯ZnO薄膜相比，Al掺杂ZnO薄膜具有更加明显的织构性质。同时，该薄膜具有良好的透光性能和导电性能，具有潜在的应用前景。
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