磁控濺射制備ZnO-AI薄膜及其光電性能與微觀結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、透明導(dǎo)電摻鋁氧化鋅ZnO:AI(AZO)薄膜以其較低的電阻率和可見光范圍內(nèi)的高透過率，可與目前廣泛應(yīng)用的摻錫氧化銦(ITO)薄膜相媲美，而且具有成本低、資源豐富、無毒性、在氫等離子體中的高穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)，并在太陽能電池、液晶顯示器、電磁防護(hù)屏等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但在當(dāng)前階段，AZO導(dǎo)電膜還沒有被廣泛使用，原因主要在于人們還沒有找到合適和穩(wěn)定的工藝條件，離真正的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)尚有一段距離。因此，AZO透明導(dǎo)電薄膜的制備工藝成為目前的

2、研究熱點(diǎn)。
　　 本文以鋅鋁合金為靶材(2.0wt％AI)，利用直流和中頻脈沖反應(yīng)磁控濺射法制備出了AZO薄膜，采用X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、四點(diǎn)探針測(cè)試儀和紫外.可見(UV-VIS)分光光度計(jì)等測(cè)試手段對(duì)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)及光學(xué)和電學(xué)性能進(jìn)行了表征和分析，研究了氬氧比、真空退火、中頻脈寬和頻率對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電學(xué)性能的影響，并探討了薄膜導(dǎo)電機(jī)制。
　　 研究結(jié)果表明:氧氣流量顯著影響

3、AZO薄膜的光電性能和微觀結(jié)構(gòu)。氧氣流量高于Ssccm所制備的薄膜可見光透過率高但不導(dǎo)電，而氧氣流量為2.5sccm時(shí)沉積的薄膜呈現(xiàn)出金屬性特征（導(dǎo)電但不透明），只有在3.0sccm—4.0sccm氧氣流量范圍內(nèi)才能制備出滿足行業(yè)要求的透明導(dǎo)電AZO薄膜，氧氣流量為3.5sccm時(shí)AZO薄膜具有較低的電阻率，為1.67×10-3Ω.cm，且可見光平均透過率達(dá)91％。XRD結(jié)果表明，制得的薄膜具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，沿(002)晶面擇優(yōu)取向生

4、長(zhǎng)，且隨氧氣流量的降低，薄膜晶化程度變好;TEM和SEM結(jié)果顯示，薄膜為多晶結(jié)構(gòu)，表面平整，晶粒致密，氧氣過量時(shí)，HRTEM像出現(xiàn)了鋁的氧化物納米顆粒，說明過高的氧氣流量致使Al失去摻雜效果;適當(dāng)?shù)难鯕饬髁肯翧13+對(duì)2n2+的替換提供大量自由電子，電阻率大幅降低。
　　 真空退火處理極大地改善了AZO薄膜的結(jié)構(gòu)及性能。真空退火后，薄膜電阻率下降了2-4個(gè)數(shù)量級(jí)，可見光平均透過率略微增大且透射光譜發(fā)生“藍(lán)移”。XRD、TEM、S

5、EM結(jié)果證明:400℃真空退火后AZO薄膜的結(jié)晶程度明顯提高，結(jié)晶取向更明顯，(103)衍射峰消失，(002)晶面衍射峰向標(biāo)準(zhǔn)峰靠近，并且發(fā)生再結(jié)晶，晶粒增大，薄膜對(duì)光的散射程度降低;此外，間隙Al3+的擴(kuò)散使載流子濃度增加，使得退火后薄膜導(dǎo)電性能顯著改善。
　　 中頻脈沖磁控濺射沉積AZO薄膜，通過調(diào)節(jié)脈沖頻率和脈寬，減少了靶面氧化現(xiàn)象的發(fā)生。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)從本質(zhì)上來講，制得的薄膜性能與占空比(△T/T)有關(guān)系，不管怎樣改變脈寬和頻