快速退火對AZO透明導電薄膜特性的影響.pdf

1、透明導電氧化物(TCO)薄膜因具有優(yōu)良的光電性能而備受關(guān)注。目前,應用較為廣泛的是銦錫氧化物(ITO)薄膜,但由于銦為稀有元素,在自然界的貯存少,價格高且有毒;這些使得ITO薄膜的應用受到了限制。而氧化鋅(ZnO)以及摻雜的氧化鋅薄膜有穩(wěn)定性好、原材料豐富、價格低廉以及無毒等優(yōu)點,逐漸受到青睞。根據(jù)不同的應用,在ZnO薄膜中摻雜不同的元素,主要摻雜元素有Al,Ga,In,B,Si,Ge,Ti,Zr以及F等,這些薄膜的制備比較容易實現(xiàn),且

2、具有優(yōu)異的性能。其中,ZnO摻Al(AZO)薄膜具有優(yōu)良的光電特性和穩(wěn)定性。
　　 然而AZO薄膜與襯底之間的晶格失配較大,兩者的熱膨脹系數(shù)也相差較大,這就導致了AZO薄膜中存在著殘余應力。退火是消除應力改善薄膜性能的重要方法。快速退火(RTA,Rapid Thermal Annealing)采用鹵鎢燈作輻射熱源,它升、降溫的速率快,大大減小了樣品表面氧吸附幾率。因此采用快速退火的方法對AZO薄膜進行后處理以改善其性能。

3、　　 本論文采用直流磁控濺射法在玻璃襯底上制備了完全相同的兩組AZO薄膜。一組在0.5Pa的真空度下以500℃為固定溫度進行快速退火,其退火時間分別為:30s、60s、90s以及120s,研究退火時間對薄膜結(jié)構(gòu)(表面形貌、應力和結(jié)晶狀況)、光電特性的影響;另一組在0.5Pa的真空度下以60s為固定時間進行快速退火,其退火溫度分別為:300℃,500℃,550℃以及600℃,研究退火溫度對薄膜結(jié)構(gòu)(表面形貌、應力和結(jié)晶狀況)、光電特性的

4、影響。
　　 采用X射線衍射(XRD)、原子力顯微鏡(AFM)、霍耳測試儀以及紫外-可見光分光光度計等分別對AZO薄膜的表面形貌、結(jié)構(gòu)、電學和光學性質(zhì)進行測量。
　　 AZO薄膜在未退火時,其品質(zhì)因子為1.04x10-2Ω-1。其表面均方根粗糙度(Rims)為4.61nm;衍射峰的峰位為34.19°,晶粒大小為36.2nm,薄膜表面的應力為-2.95×109N/m2;其電阻率為9.90x10-4Ω·cm,載流子濃度為6.

5、23×1020cm-3,遷移率為10.03cm2.v-1·s-1;其平均透過率為83.2％,禁帶寬度為3.70eV。
　　 隨著快速退火溫度的增加,退火時間的延長,AZO薄膜的表面平整度得到改善,趨于平滑;其衍射峰的峰位逐漸靠近標準的ZnO晶體衍射峰(34.40°),AZO薄膜表面的應力逐漸減小,且晶粒慢慢長大;AZO薄膜的電學性質(zhì)也得到改善,透過率進一步提高。
　　 當快速退火溫度為500℃,退火時間為60s時,AZO