摻鋁氧化鋅透明導電薄膜的制備與性能研究.pdf

1、透明導電氧化物薄膜已經(jīng)廣泛應用于透明導電接觸、太陽能電池、激光二極管、紫外激光器以及薄膜晶體管等領域,且隨著應用的拓展其需求量也日益增長。當下,銦錫氧化物(ITO)是應用最廣泛的透明導電氧化物材料,但由于銦供應的短缺,滿足透明導電應用穩(wěn)定增長的需求越來越難了。而ZnO透明導電薄膜因其優(yōu)異的光電性能、低廉的制造成本和對環(huán)境的友好性成為研究熱點之一,被公認為是取代銦錫氧化物透明導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)透明導電薄膜的工藝參數(shù)的優(yōu)化問題展開了研究與分析。
　　實驗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)調節(jié)相關沉積參數(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,部分樣品進行了不同條件下的退火處理,并用XRD、SEM、UV-vis、Hall測試系統(tǒng)、臺階儀、四探針電阻測試儀等儀器對所制備的薄膜樣品的微結構和光電性能進行測試分析。
　　結果表明,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,為六角纖鋅礦結構。在相同條件下,Si襯底上沉積的AZO薄膜的結晶質量明顯比載玻片上的優(yōu)良,但電阻率相對較高。當氧化鋅陶瓷中摻Al2O3質量分數(shù)為2％時,所濺射沉積的薄膜結晶度和晶粒尺寸最大,電阻率和可見光平均透射率最佳。薄膜結晶質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?shù)臑R射功率和工作氣壓能改善沉積薄膜的結構和光電性能。工作氣氛中摻H2

4、會對薄膜的結構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;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,但過量的O2氣會對薄膜生長造成不良的影響,與O2的氧化性有關。在純Ar氣氛中,壓強0.8Pa,襯底溫度400℃,濺射功率200W時,在載玻片上沉積的薄膜光電性能相對較優(yōu),其電阻率為1.53310-3Ωcm,平均可見光透射率約為83％,光學帶隙達3.52eV。不