AnO-Al透明導(dǎo)電氧化薄膜的制備、物化結(jié)構(gòu)及其光電特性的研究.pdf

1、東北大學(xué)碩十論文摘要摘要透明導(dǎo)電氧化物薄膜由于其優(yōu)良的光學(xué)特性和電學(xué)特性，如對(duì)可見(jiàn)光區(qū)有高的透射率(90%)、紅外區(qū)的高反射率(80%)對(duì)紫外線有很強(qiáng)的吸收性和對(duì)微波波段的強(qiáng)衰減性，因而在大陽(yáng)能電池、壓電器件、液晶顯示、反射熱鏡、紫外與紅外阻擋層及氣體敏感器件等方面得到了廣泛的應(yīng)用和研究，特別是在計(jì)算機(jī)信息領(lǐng)域，它的作用以及重要性更為突出?？谇巴该鲗?dǎo)電材料體系包括Sn02、In203、Ca2ln04ZnO及其摻雜體系Sn02:Sb.Sn

2、02:F.In20:Sn(ITO)、ZnO:At(ZAO)等，其中In20:Sn(ITO)得到較為廣泛的應(yīng)用，并且市場(chǎng)需求還不斷增大，但是它的致命的缺點(diǎn)就是材料存在短缺的情況，所以價(jià)格昂貴。近些年來(lái)，ZnO:At由于其低廉的價(jià)格和無(wú)毒等特點(diǎn)，引起了人們對(duì)它產(chǎn)生了強(qiáng)烈的關(guān)注。它同樣具有作為透明氧化導(dǎo)電材料優(yōu)良的光學(xué)特性和電學(xué)特性，還表現(xiàn)出了很好的壓電性能。ZAO是簡(jiǎn)并的半導(dǎo)體材料，有很寬的禁帶寬度為3.3eV，較低的電阻率為100cm和對(duì)

3、可見(jiàn)光較高的透射率，可達(dá)90%。在太陽(yáng)能電池應(yīng)用方面，ZAO薄膜以其較低的光學(xué)，電學(xué)損失以及對(duì)氫的耐久性而得到了更多的關(guān)注。制備ZnO:A薄膜的方法有很多種，例如直流磁控反應(yīng)濺射、射頻磁控反應(yīng)濺射、蒸發(fā)法、化學(xué)氣相沉積、溶膠一凝膠法、熱涂法、脈沖激光法等，在本文中主要采用了直流磁控反應(yīng)濺射的方法，靶材采用ZnAl的鋁合金材料，At的含量在0.84wt%范圍內(nèi)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)詳細(xì)的研究了各種沉積工藝參數(shù):薄膜中At的含量、濺射氣體壓強(qiáng)、氧氣的分

4、壓強(qiáng)、Ar氣的分壓強(qiáng)、沉積速率、基片溫度、退火溫度、濺射功率、濺射電壓、薄膜厚度和基片相對(duì)靶的位置等對(duì)ZAO薄膜電學(xué)和光學(xué)特性的影響并利用XRDSEMEDSXPS和AES等分析手段對(duì)薄膜的物化結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出了性能優(yōu)良的ZAO薄膜的制備方法和沉積工藝，對(duì)直流磁控反應(yīng)濺射和射頻磁控濺射做了綜合性的比較和分析，并指出射頻濺射適合制備低電阻率的ZAO薄膜，但是沉積速率較低，綜合各方面因素考慮，直流磁控反應(yīng)濺射是一種較為合適的

5、方法，主要的優(yōu)點(diǎn)為沉積速率高，適合工業(yè)生產(chǎn)靶材的造價(jià)較低，減少了制造成本。研究結(jié)果表明，ZnO:AI薄膜是有擇優(yōu)取向生長(zhǎng)的晶態(tài)膜，并有六方體的纖維礦結(jié)構(gòu)。退火和高溫處理后，ZAO薄膜表現(xiàn)出了很好的電學(xué)穩(wěn)定性，這主要是由于氧的解析作用而1北大學(xué)碩長(zhǎng)論文ABSTRACTABSTRACTTransparentconductingoxidefilmswasusedassolarcelltransparentelectrodepiezoelect

6、ricdevicesliquidcrystalreflectivewindowsthetrapofultravioletradiationandinfraredandgassensebecauseithaveexcellentopticalandelectricproperties.Thematerialhashightransmissionandlowresistivities.Especialtransparentconductin

7、gmaterialbecomesveryimportantininformationtechnologyfields.Itplaysaimportantrole.Inthefabricationofsolarcellitispopularmaterial.Somanyresearchersbegintoinvestit.Recentlythetransparentconductiveoxidematerialwhichwereexten

8、sivelyappliedandstudiedincludeSn02、InO、Ca2InO4.ZnOanddopedSn02:SbSnOZ:F.In20:Sri(ITO)、ZnO:Al(ZAO)andsoon.InthesematerialInz0:Sri(ITO)wereappliedbestextensively.Theneedfromthemarkedisbecomingarise.ButITOhavesomemortalshor

9、tcoming.TherearenotmuchenoughInintheearthsoitsprizeisveryhigh.FormanyyearsZnO:AIhavebeenwidelyusedbecauseitischeapandnontoxic.ZAOalsohavegoodopticalelectricandexcellentpiezoelectricproperties.ZAOholdsconsiderablepromisea

10、sanopticaltransparentconductingduetoitswidebandgapabout3.44eVIthaveverylowresistivityabout10Qcm.andhighlytransparentabove90%.InadditionZAOfilmwithatexturedsurfacehaveatractedinterestasatransparentelectrodeforsolarcellsan

11、dhighchemicalstabilityinhydrogenplasmaZnO:AIfilmhavebeendepositonvarioussubstratebytechniquessuchasdomagnetronsputering，rfmagnetronsputeringvacuumevaporationCVDsolgel，SpraypyrolysisandPulsedLaserDeposition.InthispaperThe

12、highqualityZAOfilmswereproducedbydeactivemagnetronsputeringtechnologyandthecompositionofalloytargetsAIZnisamong0.84wt%.ThroughmanyexperimentwestudytheinfluenceofA1content，sputerpressureOZpartpressureArpartpressuredeposit

13、ionratetemperatureofsubstrateannealtemperaturesputerpowerthefilmthicknessandthepositionofsubstratetothetargetontheelectricalandopticalpropertiesofthefilm.ThefilmswereanalysedbyXRD.SEM.EDS.XPSandAES.Concerningsputerdeposi

14、tionthereactiveaswellasthenonreactivedepositionmodewithd.candr.fexcitationwereinvestigated.Butuptonownocomprehensiveinvestigationhasbeencarried.Wehavepointedthatd.c.reactivemagnetronsputeringfromametallictargetisthemetho