快速退火對(duì)AZO透明導(dǎo)電薄膜特性的影響.pdf

1、透明導(dǎo)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(yīng)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(jià)格高且有毒;這些使得ITO薄膜的應(yīng)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(jià)格低廉以及無毒等優(yōu)點(diǎn),逐漸受到青睞。根據(jù)不同的應(yīng)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(shí)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(dǎo)致了AZO薄膜中存在著殘余應(yīng)力。退火是消除應(yīng)力改善薄膜性能的重要方法?？焖偻嘶?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(duì)AZO薄膜進(jìn)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(jìn)行快速退火,其退火時(shí)間分別為:30s、60s、90s以及120s,研究退火時(shí)間對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)(表面形貌、應(yīng)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(shí)間進(jìn)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(duì)薄膜結(jié)構(gòu)(表面形貌、應(yīng)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(cè)試儀以及紫外-可見光分光光度計(jì)等分別對(duì)AZO薄膜的表面形貌、結(jié)構(gòu)、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量。
　　 AZO薄膜在未退火時(shí),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(yīng)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(shí)間的延長(zhǎng),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(biāo)準(zhǔn)的ZnO晶體衍射峰(34.40°),AZO薄膜表面的應(yīng)力逐漸減小,且晶粒慢慢長(zhǎng)大;AZO薄膜的電學(xué)性質(zhì)也得到改善,透過率進(jìn)一步提高。
　　 當(dāng)快速退火溫度為500℃,退火時(shí)間為60s時(shí),AZO