摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的制備與性能研究.pdf

1、透明導(dǎo)電氧化物薄膜已經(jīng)廣泛應(yīng)用于透明導(dǎo)電接觸、太陽(yáng)能電池、激光二極管、紫外激光器以及薄膜晶體管等領(lǐng)域,且隨著應(yīng)用的拓展其需求量也日益增長(zhǎng)。當(dāng)下,銦錫氧化物(ITO)是應(yīng)用最廣泛的透明導(dǎo)電氧化物材料,但由于銦供應(yīng)的短缺,滿(mǎn)足透明導(dǎo)電應(yīng)用穩(wěn)定增長(zhǎng)的需求越來(lái)越難了。而ZnO透明導(dǎo)電薄膜因其優(yōu)異的光電性能、低廉的制造成本和對(duì)環(huán)境的友好性成為研究熱點(diǎn)之一,被公認(rèn)為是取代銦錫氧化物透明導(dǎo)電薄膜的最佳候選者。本文圍繞射頻磁控濺射法制備摻鋁氧化鋅(AZ

2、O)透明導(dǎo)電薄膜的工藝參數(shù)的優(yōu)化問(wèn)題展開(kāi)了研究與分析。
　　實(shí)驗(yàn)中采用了摻鋁氧化鋅陶瓷作為濺射靶材,利用射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)調(diào)節(jié)相關(guān)沉積參數(shù)(摻Al濃度、襯底溫度、濺射功率、工作氣壓、工作氣體中氫氧濃度)在載玻片和Si襯底上制備AZO薄膜,部分樣品進(jìn)行了不同條件下的退火處理,并用XRD、SEM、UV-vis、Hall測(cè)試系統(tǒng)、臺(tái)階儀、四探針電阻測(cè)試儀等儀器對(duì)所制備的薄膜樣品的微結(jié)構(gòu)和光電性能進(jìn)行測(cè)試分析。
　　結(jié)果表明,所有

3、薄膜樣品均表現(xiàn)出明顯的(002)面的衍射峰,具有良好的垂直于襯底表面的c軸擇優(yōu)取向,為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)。在相同條件下,Si襯底上沉積的AZO薄膜的結(jié)晶質(zhì)量明顯比載玻片上的優(yōu)良,但電阻率相對(duì)較高。當(dāng)氧化鋅陶瓷中摻Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％時(shí),所濺射沉積的薄膜結(jié)晶度和晶粒尺寸最大,電阻率和可見(jiàn)光平均透射率最佳。薄膜結(jié)晶質(zhì)量隨襯底溫度升高而改善,電阻率也隨之降低,透射率增大。適當(dāng)?shù)臑R射功率和工作氣壓能改善沉積薄膜的結(jié)構(gòu)和光電性能。工作氣氛中摻H2

4、會(huì)對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)和光電性能造成不利影響,且隨 H2濃度的增加惡化程度加重,這與H2的還原性有關(guān);而摻入微量的O2氣有利于薄膜光電性能的優(yōu)化,這是由于薄膜晶格中的O空位缺陷的減少所致,但過(guò)量的O2氣會(huì)對(duì)薄膜生長(zhǎng)造成不良的影響,與O2的氧化性有關(guān)。在純Ar氣氛中,壓強(qiáng)0.8Pa,襯底溫度400℃,濺射功率200W時(shí),在載玻片上沉積的薄膜光電性能相對(duì)較優(yōu),其電阻率為1.53310-3Ωcm,平均可見(jiàn)光透射率約為83％,光學(xué)帶隙達(dá)3.52eV。不