磁控濺射制備摻鋁氧化鋅薄膜及其特性研究.pdf

1、ZnO是一種性能優(yōu)良的II-VI族寬禁帶直接半導(dǎo)體材料，其晶體結(jié)構(gòu)為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)：a為0.32496 nm，c為0.52065 nm，室溫下禁帶寬度約為3.37 eV，激子結(jié)合能為60 meV，熔點(diǎn)為1975℃，具有很高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。ZnO的原料易得、廉價(jià)、無毒，性能穩(wěn)定，被廣泛應(yīng)用于表面聲波器材、氣體傳感器、太陽能電池電極、磁光、電光器件、壓電器件、新型發(fā)光材料、緩沖層等領(lǐng)域。在ZnO薄膜中摻入一些雜質(zhì)如鋁、銦等

2、，大幅度地提高了氧化鋅薄膜的導(dǎo)電性。AZO薄膜是一種透明導(dǎo)電薄膜，有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，不容易使太陽能電池材料的活性降低，從而使AZO膜在太陽能電池、液晶顯示器、防靜電等領(lǐng)域中，有著廣泛的應(yīng)用前景。因此，開展制備高質(zhì)量的AZO薄膜的研究以及AZO薄膜的腐蝕特性研究對(duì)AZO薄膜在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用有很好的指導(dǎo)意義。本論文對(duì)磁控濺射的功率、濺射過程中的氧氣含量等制備參數(shù)對(duì)制備薄膜的光電學(xué)性質(zhì)的影響做了一些研究，同時(shí)制備了AZO/金屬雙層透明導(dǎo)

3、電薄膜，另外研究了AZO薄膜在鹽酸溶液中經(jīng)不同時(shí)間腐蝕后的光電學(xué)性質(zhì)的改變。主要內(nèi)容包括： 第一章，利用射頻磁控濺射在BK-7玻璃基片上沉積AZO薄膜，研究濺射功率對(duì)薄膜光電性能的影響。當(dāng)濺射功率從250 w增加到40.W時(shí)，X射線衍射的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，250 W制備的薄膜只有(002)衍射峰，而30.W以上的樣品則出現(xiàn)了新的(101)衍射峰；而且隨著濺射功率的增加，(002)峰的強(qiáng)度減弱，(101)峰的強(qiáng)度增強(qiáng)。薄膜的厚度隨濺射功率

4、的增加而變厚，電阻率則隨濺射功率的增加而減小，從250 w功率時(shí)的24.6×10-4Ωcm減小到40.W時(shí)的7.2×10-4Ωcm。樣品在可見光區(qū)域的平均光學(xué)透射率都大于85％，其光學(xué)帶隙隨載流子濃度的減小而減小。 第二章，研究氧氣濃度對(duì)薄膜電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)的影響。利用直流磁控濺射方法在BK-7基片上制備AZO透明導(dǎo)電薄膜。X射線衍射的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氧氣濃度為0.5％時(shí)，薄膜的(002)衍射峰最強(qiáng)，且出現(xiàn)了新的(102)和(110)衍

5、射峰。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，隨著氧氣流量的增加，電阻率先減小后增大，在氧氣濃度為0.5％時(shí)獲得最低電阻率1.5×10-3Ωcm。所有樣品在可見光區(qū)的平均光學(xué)透過率都在85％左右，在氧氣濃度增到1.5％時(shí)可見光區(qū)的平均透射率達(dá)87％。 第三章，利用直流磁控濺射在室溫下制備透明導(dǎo)電的AZO/金屬(Ag或Cu)雙層膜，AZO薄膜的厚度固定在30 nm，Ag和Cu薄膜的厚度分別從4.0 nm增加到12.0nm，從2.7 nm增加到8.1 nm

6、，研究金屬薄膜厚度對(duì)AZO/金屬雙層膜結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)的影響。當(dāng)銀薄膜的厚度增加到12 nm時(shí)，可以從XRD衍射圖像中明顯地觀察到Ag(111)取向的衍射峰。隨著Ag薄膜層厚度從4.0 nm增加到12.0 nm，該薄膜在可見光區(qū)的透射率從83.7％減小到72.6％，方塊電阻從6.37減小到3.91 Ω/sq。對(duì)于AZO/Cu薄膜，在可見光區(qū)的平均透射率介于70.7％和75.5％之間，當(dāng)Cu薄膜層厚度達(dá)8.1 nm時(shí)，方塊電阻減小到1

7、9.2 Ω/sq。利用品質(zhì)因子對(duì)雙層膜進(jìn)行分析，結(jié)果顯示所制備的AZO/金屬雙層膜具有高的透射率和低的電阻率，是高質(zhì)量的透明導(dǎo)電薄膜。 第四章，利用射頻磁控濺射方法在玻璃基片上沉積AZO薄膜，這些制備態(tài)的薄膜表面平整，但是在0.1％的鹽酸水溶液中腐蝕不同時(shí)間后產(chǎn)生了不同的表面紋理粗糙度。腐蝕時(shí)間對(duì)AZO薄膜表面形貌和光電特性的影響被系統(tǒng)地研究。隨著腐蝕時(shí)間的增加，樣品表面變得更加粗糙。分析樣品的光電學(xué)性質(zhì)發(fā)現(xiàn)，樣品的透射率和反射