ZnO是一种重要的金属氧化物材料，由于其优异的性能（如高激子结合能[60 meV[1], [2]和宽带隙[2]），在许多领域得到了广泛应用。此外，通过调整沉积参数、退火、掺杂金属和非金属元素以及选择合适的沉积技术[3], [4], [5], [6]，可以轻松调控ZnO的物理性质。
ZnO薄膜的沉积是制造光电设备、传感器和透明导电涂层的关键工艺。目前有多种沉积技术可供选择，包括化学气相沉积（CVD）[7]、原子层沉积（ALD）[8]、溅射[9]、溶胶-凝胶法[10]和气溶胶辅助化学气相沉积（AACVD）[12]。其中，AACVD因具有简单性、成本效益、可扩展性以及在相对较低温度下制备高质量薄膜的能力[13], [14]而受到广泛关注。在AACVD过程中，前驱体溶液的气溶胶被输送到加热的基底上，经过分解形成均匀的ZnO薄膜。该方法在沉积大面积、具有可控形貌和厚度的涂层方面具有优势，非常适合工业应用[15]。此外，AACVD还允许在沉积过程中掺入掺杂剂或复合材料，从而实现ZnO薄膜的特定功能。
通过掺杂金属和非金属元素，可以调整ZnO薄膜的电学、光学和结构性质，以满足不同技术的需求。例如，铝（Al）[15]、铟（In）[16]、镧（La）[17]或镓（Ga）[18]等金属掺杂剂可以提高ZnO的电导率，使其成为透明导电氧化物，适用于太阳能电池、显示器和触摸屏。非金属掺杂剂如氮（N）[19]、硫（S）或碳（C）[20]可以改变其光学性质，并促进p-n结的形成。掺杂还影响薄膜的缺陷化学、晶粒尺寸和表面形貌，从而影响其整体性能。精确的掺杂控制使得基于ZnO的材料具有定制化的功能，这使得掺杂对于推进ZnO薄膜技术的发展至关重要[21], [22], [23]。
铅（Pb）作为掺杂剂具有显著的特性，例如较低的熔点（327.5°C）和较低的电负性（2.33（Pauling标度）[24]，这些特性影响了其在ZnO薄膜中的行为。Pb的高原子序数和大离子半径显著改变了基体材料的电子结构。Pb掺杂可以显著改变ZnO的光学和电学性质，如增强光吸收、改变光致发光和改善电导率[25], [26]。Pb引入的深能级缺陷有助于调节载流子的复合过程，使其在光电探测器和传感器中发挥优势[27]。尽管Pb对ZnO薄膜的性质有显著影响，但由于其毒性问题，在应用时需要谨慎考虑。
控制ZnO薄膜的厚度对于调节其性质至关重要，尤其是在掺杂铅（Pb）等元素的情况下。薄膜厚度影响光学透明度、电导率和表面形貌等关键特性，这些特性对应用至关重要。较薄的薄膜通常具有更高的透明度，但由于载流子密度较低，电导率可能较低；而较厚的薄膜虽然电导率较高，但透明度可能会降低。厚度还影响应力、缺陷密度和附着力，进而影响材料的稳定性和功能。精确控制薄膜厚度有助于优化这些性质，以实现所需的设备性能。结合Pb掺杂，厚度控制对于精细调节ZnO的光学和电学响应至关重要，适用于先进应用[27], [28], [29]。
尽管以往的研究（包括通过AACVD制备的Pb掺杂ZnO的研究）主要关注掺杂浓度对材料性质的影响，但Mohaseb等人[29]尚未系统地探讨薄膜厚度作为独立控制参数的作用。深入了解厚度效应至关重要，因为它决定了应变状态、缺陷密度和电荷传输机制等基本特性，而这些在掺杂研究中常常与成分变化混淆。本研究通过保持恒定的Pb浓度并系统地改变厚度，将薄膜厚度与掺杂效应分离，从而独特地阐明了厚度引起的应变、形态演变和最终性质之间的关系。
在本研究中，我们探讨了薄膜厚度对Pb掺杂ZnO薄膜多种物理性质的影响。所有薄膜均采用气溶胶辅助化学气相沉积（AACVD）技术制备，唯一的变量是溶液体积以控制薄膜厚度。我们通过光学、结构和电学表征全面分析了厚度对掺杂薄膜性质的影响。这项系统研究旨在阐明薄膜厚度与关键材料性质之间的关系，为优化Pb掺杂ZnO薄膜在各种技术中的应用提供有价值的见解。
