退火温度对AZO薄膜光学性能的影响-材料化学毕业论文开题报告

本科毕业论文（设计）开题报告本科毕业论文（设计）开题报告 题目：题目：退火温度对退火温度对 AZO 薄膜光学性能的影响薄膜光学性能的影响 学学院：院：化学与材料工程学院化学与材料工程学院 专专业：业：材料化学材料化学 班班级：级：1111 级本科班级本科班 学学号：号：2043810220438102 学生姓名：学生姓名：肖肖旺旺 指导教师：指导教师：刘伟伟刘伟伟 2014 年 10 月 10 日 凯里学院本科生毕业论文（设计）开题报告表凯里学院本科生毕业论文（设计）开题报告表 论文(设计)名称 退火温度对退火温度对 AZO 薄膜光学性能的影响薄膜光学性能的影响 论文（设计） 来源 社会实践 论文（设计）类 型 应用研究指导教师刘伟伟 学生姓名肖旺学号2011438102专业及班级11 材化 一、研究或设计的目的和意义：一、研究或设计的目的和意义： 1.AZO 及其优势 ZAO 薄膜任然具有纤维矿结构，电阻率最低可以达到 10-5.cm 的数量级，在可见光区 的平均透过率不低于 85%。且由于 ZnO 的储量丰富，因此 AZO 薄膜价格低廉，在氢等离子 气氛中稳定性高，易光刻加工，这些优点使得 AZO 薄膜有望成为 ITO 薄膜的替代品。 目前 ITO 和 FIO 这两类薄膜的至北京似乎已经很成熟，并已经商业化生产。但是 In2O3、 SnO2基薄膜原材料资源稀缺，价格昂贵，因此在一定程度上限制了他们的使用。 ZnO 基材料由于其低廉的价格，且不具有毒性，易光刻加工，现在已经引起了越来越多 的关注，成为研究的热点 2.AZO 的光学性质 由于 AZO 薄膜的禁带宽度大于可见光子能量（3.1eV）,在可见光照射下会引起本证激 发，所以它对整个可见光是透明的，可见光透射率高达 80%-95%，而且 AZO 薄膜对电磁波 的本征吸收限约等于 360nm，位于紫外区，这是 AZO 薄膜紫外截止的性能。 3.在 AZO 薄膜制备过程中，退火温度的条件改变对生成薄膜光学性能是否有影响,有什 么影响，影响的程度。我们本次设计是以 1（设备简单、易于原子级掺杂且可精确控制掺杂， 并能在各种基片上制备均匀掺杂的薄膜） 。在掺杂过程中控制掺杂离子的浓度，然后设置有 一定梯度的退火温度，如分别设 400、450、500、550、600等温度为薄膜退火 温度；以及不同的降温时间。研究退火温度对生成 ZAO 薄膜光学性能的影响，总结出退火 温度对 ZAO 薄膜的影响规律。 二、研究或设计的国内外现状和发展趋势：二、研究或设计的国内外现状和发展趋势： 1.研究现状 目前 AZO 薄膜的研究非常广泛，研究方向涉及制备是被方法，工艺参数，薄膜长的掺 杂量，薄膜的结构，光电性能等。他们的目的都是为了降低 AZO 薄膜的电阻率，提高骑在 可见光范围的透光率。列如： Xu Zi-qiang,Deng Hong 等人利用溶胶-凝胶法在玻璃基地上制备出了掺杂量为 1.5mol% 的 AZO 薄膜，最小电阻率可达 6.210-4cm Satoshi Kobayakawa 等人用射频磁控溅射法，通过改变基地温度溅射功率，氧的分压来 寻找制备 AZO 薄膜的最佳试验参数，得到最佳质量的 AZO 薄膜的表面电阻率为 2.5310-2 /cm2,可见光范围内的透光率为 89.9%而在同样的试验参数下所制得的 ITO2， 可见光范围内 的透光率为 90.2%这一实验结果充分的说明 AZO 具有替代 ITO 的潜力 Woon-Jo Jeong和Gye-Choon Park在180W的射频溅射功率下制备出了500nm厚的AZO 薄膜，电阻率可达 1.410-4cm,可见光范围内的透光率可达 95%。Weifeng Liu 等人通过 向溅射室加入 H2得到高质量的 AZO 薄膜。 2.国内外的研究现状 （1）国外 在国外致力于 ZAO 薄膜形成理论及性能方面的研究有：Zafar【28J 认为薄膜的显微结 构和电离杂质散射机制对 ZAO 膜的导电性能起重要作用，其制备出的薄膜在可见光区和近 红外区有优良的光学性能，电阻率达 510-4Qgill，并且在大面积范围内能保持均匀的光、 电性能。 ZAO 薄膜的制备技术发展很快， 所有用于制备半导体材料的手段均可用于制备 ZAO 薄 膜，其中溶胶一凝胶法已被广泛地应用于制备 ZAO 薄膜，它具有成本低、易控制、易于大 面积成膜等特点。 采用这两种方法可以制备出电阻率达 510-4Q cm、 透射率达 90的 ZAO 薄膜29-30，已能满足工业化生产的要求。 （2）国内 国内对 ZAO 薄膜的研究是 20 世纪 90 年代中期开始的，中国科学院金属研究所的闻立 时等【3l-32】侧重于 ZAO 膜的组织结构对性能的影响、制备过程中的工作压力、氧分压、 溅射功率、 合金靶中 Al 的掺杂含量等参数与薄膜性能的关系探讨。 河北工业大学范志新 【33】 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、溶胶一凝胶等工艺 进行了研究。山东大学陈源【34】等采用射频磁控溅射法在三种不同的有机材料衬底上镀制 出附着性好、电阻率低、透射率高的 ZAO 薄膜，并研究了结构、电学和光学特性。 3.未来研究方向 （1）进一步降低 AZO 薄膜的电阻率，提高其在可见光范围的透光率； （2）改进 AZO 靶材的制备工艺，并降低靶材的制备费用； （3）通过正交实验研究溅射过程中多个参数的交互作用，得出优化结果； （4）开发 AZO 薄膜的应用新领域 三、主要研究或设计内容，需要解决的关键问题和思路三、主要研究或设计内容，需要解决的关键问题和思路： （一）研究内容（一）研究内容 1. 溶胶凝胶法制备 ZAO 薄膜 2. 设置有一定梯度的退火温度，如分别设 400、450、500、550、600等 温度为薄膜退火温度；以及不同的降温时间。研究退火温度对生成 ZAO 薄膜光学性能的影 响，总结出退火温度对 ZAO 薄膜的影响规律。 （二）研究方向（二）研究方向 1.文献查找分析 通过网络资源，查阅相关文献资；阅读相关材料。通过整理对比，总结整理出自己所 要的相关材料， 在老师的指导下并结合自己所学知识， 在理论基础上设计出具有可行性的实 验方案。 2 实验研究 按照设计好的实验方案，进行试验对所得到实验救过产品用相对应的分析仪器进行分 析（XRD 射线衍射仪、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外拉曼光谱仪等。 ）得出相应的数 据，组成该实验的数据库。 3 实验数据分析 对该实验的数据库进行相对应的分析，总结出该实验的结果 （三）需解决的关键问题（三）需解决的关键问题 1.探明退火温度对 AZO 薄膜光学性能的影响具体表现于那些方面， 总结出最佳的退火 温度及降温速率。 2.总结出 AZO 薄膜的光学性能随退火温度变化的影响规率 四、完成毕业论文（设计）所必须具备的工作条件及解决的办法：四、完成毕业论文（设计）所必须具备的工作条件及解决的办法： 工作条件：凯里学院化学与材料工程学院化学实验室； 实验仪器和试剂：实验所需的相关仪器及试剂：称量工具、玻璃仪器、研磨工具、加热 工具、分析仪器等；制备 AZO 薄膜所需的试剂。 （选择的实验方案所需仪器及试剂尽量为学 校所拥有的实验仪器及试剂，小部分不用有的自行在校外获取） 相关资料：实验指导老师提供的相关资料，学校图书馆的相应文献，期刊论文以及便捷、 丰富的网络资源等大量的文献资料为论文的完成提供了方法借鉴。 五、工作的主要阶段、进度与时间安排：五、工作的主要阶段、进度与时间安排： 具体安排为： 论文研究初期（2014 年 10 月-11 月） ：实验样品的准备和实验方法资料文献的收集，并 对资料进行整理和总结。 论文研究中期（2015 年 1 月-2 月） ：进行实验操作，处理实验样品，确定最佳实验条件 的优化和选择。 论文研究后期（2015 年 2 月-3 月） ：结束所有实验，完成数据的处理和论文初稿 六、阅读的主要参考文献及资料名称：六、阅读的主要参考文献及资料名称： 1单亚拿，溶胶-凝胶法制备Al掺杂ZnO纳米颗粒膜及其性能研究，东北大学硕士论文， 2009.7, 2 张英新，溶胶-凝胶法制备Al +3掺杂ZnO及其性能研究,北京交通大学硕士论文，2010.6 3 沈鸿烈, 鲁林峰, 尹玉刚等. 多层膜法制备光电薄膜的研究. 中国太阳能光伏进展, 西南 交通大学出版社, 2006, 691694. 4 张惠, 沈鸿烈, 尹玉刚等. 衬底温度和氢气退火对ZnO:Al 薄膜性能的影响. 真空科学与 技术,已录用(EI 核心). 5 谢学武，廖源，张五堂，余庆选，傅竹西，退火过程对C轴择优取向的Zn0薄膜的光学性 质的影响，量子电子学报，已录用。 6 黄剑锋溶胶-凝胶原理与技术【M】北京化学工业出版社，2005 7 王卿璞，Zn0薄膜的毒lJ器及发光特性的研究g)】，山东大学，2003 8 瑰蜂，溶黢凝葭法裁誊A产：ZnO薄膜及蒸往挠磷究，j京工照大学 9 刘著光射频磁控溅射ZnO：A1薄膜及其特性研究DI厦门：厦门大学，2008 10 陈肖静，王永谦等射频磁控溅射功率对ZnO透明导电薄膜光电性能的影响川人 11 曾凡强溶胶一凝胶法制备Zno：(AI，La)透明导电薄膜的微观结构和光电性能的研究 【D】北京：北京化工大学，2008 12 郅晓，朱涛，赵高扬ZnO：A1薄膜制备及光电性能研究【J】功能材料，2009，07： 10711073 13 曾令宏，韦世良，钟志有，顾锦华掺铝ZnO透明导电薄膜的制备及光电性能研究 【J】电子元件与材料，2010，29(08)：44_47 14 】闻立时，范志新ZAO透明导电薄膜的特性、制备与应用【J】半导体学报，2000， 5：1014 15 周宏明，易丹青，余志明等，溶胶凝胶法制备的ZnO：A1薄膜的微观结构及 光学、电学性能【J】金属学报，2006，42(5)：505510 16 葛春桥，溶胶-凝胶法制备AZO