射頻磁控濺射沉積CuAlO2薄膜的工藝優(yōu)化與性能研究.pdf

1、CuAlO2是一種具有較好的電導(dǎo)率和較高的透光性的半導(dǎo)體材料，廣泛應(yīng)用于光電子領(lǐng)域。但是其電導(dǎo)率相較于n型TCO材料仍然低了許多，提高CuAlO2的電導(dǎo)率成為了近年來(lái)研究的重點(diǎn)。本文采用射頻磁控濺射法在石英玻璃襯底上制備CuAlO2薄膜。通過(guò)X射線衍射儀對(duì)制備的樣品進(jìn)行物相分析;用掃描電鏡(SEM)對(duì)樣品表面形貌進(jìn)行分析;用紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)測(cè)試薄膜的可見(jiàn)透光率，對(duì)不同氧氬比、襯底溫度和退火溫度制備的薄膜樣品進(jìn)行了DSC和熱容測(cè)試。

2、得到以下結(jié)論:
　　1)在氧氬比為1∶4、濺射氣壓為1Pa、濺射功率為120w、退火溫度為900℃、退火時(shí)間為2h的條件下，不同的襯底溫度會(huì)對(duì)薄膜的微觀組織和光學(xué)性能產(chǎn)生一定影響。襯底溫度低于300℃時(shí)，薄膜的衍射峰很低，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的晶粒邊界。襯底溫度為400℃和500℃時(shí)，薄膜出現(xiàn)了(006)、(101)等衍射峰，晶粒大小均勻，薄膜表面致密平整。薄膜的平均透射率都較高，最高達(dá)到79.8％。薄膜的吸收峰向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)，發(fā)生了藍(lán)

3、移現(xiàn)象。
　　2)在襯底溫度為400℃、濺射氣壓為1Pa、濺射功率為120w、退火溫度為900℃、退火時(shí)間為2h的條件下，隨著反應(yīng)氣體中氧氣含量的增加，薄膜的(006)、(101)和(012)衍射峰逐漸加強(qiáng);薄膜的光學(xué)透過(guò)性也表現(xiàn)出先增加后減小的現(xiàn)象。氧氣含量高于40％時(shí)，薄膜出現(xiàn)了CuO雜相。
　　3)在襯底溫度為400℃、氧氬比為1∶4、濺射功率為120w、退火溫度為900℃、退火時(shí)間為2h、濺射氣壓為1～4Pa的條件下

4、，CuAlO2薄膜只出現(xiàn)了(101)和(104)的衍射峰;隨著濺射氣壓的增大，薄膜的晶粒尺寸先增加后減小，濺射氣壓過(guò)大，表面開(kāi)始出現(xiàn)微裂痕;薄膜在可見(jiàn)過(guò)區(qū)域的平均透射率都比較高，但是在2Pa時(shí)是最高的，達(dá)到74.6％。
　　4)在襯底溫度為400℃、氧氬比為1∶4、濺射氣壓為2Pa、濺射功率為120w，當(dāng)退火溫度逐漸從800℃上升到900℃時(shí)，薄膜的(101)衍射峰逐漸增強(qiáng)，退火溫度為900℃時(shí)達(dá)到最強(qiáng)。但是溫度升高到950℃時(shí)，

5、薄膜開(kāi)始出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。退火溫度為900℃平均透射率最高為74.7％，對(duì)應(yīng)的禁帶寬度為3.60eV
　　5)在襯底溫度為400℃、氧氬比為1∶4、濺射氣壓為2Pa、濺射功率為120w、退火溫度為900℃、退火時(shí)間為2h時(shí)，CuAlO2薄膜(101)的衍射峰最強(qiáng)。火時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)，薄膜的衍射峰逐漸消失;薄膜在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的平均透射率沒(méi)有明顯的變化。
　　6)綜上所述，制備CuAlO2薄膜的最優(yōu)工藝條件為:氧氬比為1∶4、濺射氣壓

6、為2Pa、襯底溫度為400℃;最優(yōu)退火工藝條件為:退火溫度為900℃、退貨時(shí)間為2h。
　　7)不同的氧氬比和襯底溫度對(duì)薄膜的熱穩(wěn)定性的影響不是很大:在氮?dú)鈿夥罩蠧uAlO2薄膜在900℃以下，DSC曲線沒(méi)出現(xiàn)反應(yīng)峰;900℃以上，DSC曲線出現(xiàn)反應(yīng)峰;樣品在50～298℃熱容緩慢增加;樣品熱容曲線連續(xù)平滑，沒(méi)有發(fā)生異常變化。
　　8)不同的退火溫度對(duì)薄膜的熱穩(wěn)定性有一定的影響:退火溫度為1000℃時(shí)，樣品在25～1050℃