磁控濺射制備ZnO-AI薄膜及其光電性能與微觀結構研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、透明導電摻鋁氧化鋅ZnO:AI(AZO)薄膜以其較低的電阻率和可見光范圍內的高透過率,可與目前廣泛應用的摻錫氧化銦(ITO)薄膜相媲美,而且具有成本低、資源豐富、無毒性、在氫等離子體中的高穩(wěn)定性等優(yōu)勢,并在太陽能電池、液晶顯示器、電磁防護屏等領域具有廣闊的應用前景。但在當前階段,AZO導電膜還沒有被廣泛使用,原因主要在于人們還沒有找到合適和穩(wěn)定的工藝條件,離真正的大規(guī)模工業(yè)化生產尚有一段距離。因此,AZO透明導電薄膜的制備工藝成為目前的

2、研究熱點。
   本文以鋅鋁合金為靶材(2.0wt%AI),利用直流和中頻脈沖反應磁控濺射法制備出了AZO薄膜,采用X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、四點探針測試儀和紫外.可見(UV-VIS)分光光度計等測試手段對薄膜的微觀結構及光學和電學性能進行了表征和分析,研究了氬氧比、真空退火、中頻脈寬和頻率對薄膜結構、光學和電學性能的影響,并探討了薄膜導電機制。
   研究結果表明:氧氣流量顯著影響

3、AZO薄膜的光電性能和微觀結構。氧氣流量高于Ssccm所制備的薄膜可見光透過率高但不導電,而氧氣流量為2.5sccm時沉積的薄膜呈現出金屬性特征(導電但不透明),只有在3.0sccm—4.0sccm氧氣流量范圍內才能制備出滿足行業(yè)要求的透明導電AZO薄膜,氧氣流量為3.5sccm時AZO薄膜具有較低的電阻率,為1.67×10-3Ω.cm,且可見光平均透過率達91%。XRD結果表明,制得的薄膜具有六方纖鋅礦結構,沿(002)晶面擇優(yōu)取向生

4、長,且隨氧氣流量的降低,薄膜晶化程度變好;TEM和SEM結果顯示,薄膜為多晶結構,表面平整,晶粒致密,氧氣過量時,HRTEM像出現了鋁的氧化物納米顆粒,說明過高的氧氣流量致使Al失去摻雜效果;適當的氧氣流量下A13+對2n2+的替換提供大量自由電子,電阻率大幅降低。
   真空退火處理極大地改善了AZO薄膜的結構及性能。真空退火后,薄膜電阻率下降了2-4個數量級,可見光平均透過率略微增大且透射光譜發(fā)生“藍移”。XRD、TEM、S

5、EM結果證明:400℃真空退火后AZO薄膜的結晶程度明顯提高,結晶取向更明顯,(103)衍射峰消失,(002)晶面衍射峰向標準峰靠近,并且發(fā)生再結晶,晶粒增大,薄膜對光的散射程度降低;此外,間隙Al3+的擴散使載流子濃度增加,使得退火后薄膜導電性能顯著改善。
   中頻脈沖磁控濺射沉積AZO薄膜,通過調節(jié)脈沖頻率和脈寬,減少了靶面氧化現象的發(fā)生。實驗發(fā)現從本質上來講,制得的薄膜性能與占空比(△T/T)有關系,不管怎樣改變脈寬和頻

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