ZnO-Al透明導(dǎo)電薄膜的制備研究.pdf

1、透明導(dǎo)電氧化物(TCO)薄膜以其高的透光率和低的電阻率,被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、平板顯示、特殊功能窗口以及其他光電器件領(lǐng)域。其中,氧化銦錫(ITO)是目前應(yīng)用最廣的TCO薄膜,但同時(shí)由于其價(jià)格昂貴且原材料In有毒,很大程度上限制了ITO薄膜的應(yīng)用。而氧化鋅(ZnO)具有原材料豐富、無(wú)毒,易光刻,在氫等離子體中的穩(wěn)定性較好等優(yōu)點(diǎn),不僅具有高的透光率,而且摻雜后的ZnO具有良好的導(dǎo)電性。目前,ZnO已作為一種替代ITO薄膜的新型TCO薄膜而

2、受到廣泛的關(guān)注。目前,對(duì)鋁摻雜氧化鋅(ZnO:Al,簡(jiǎn)稱AZO)的研究和開(kāi)發(fā)己成為熱點(diǎn)。
　　 與硬質(zhì)AZO薄膜相比,柔性AZO薄膜不但有與其相近的光電特性,又具有重量輕、不易碎、可彎曲、易于大面積生產(chǎn)、便于攜帶等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。這使得在電子器件向小型化、輕便化發(fā)展的方向上,在柔性襯底上沉積AZO薄膜已成為研究的熱門(mén)課題。
　　 本文利用射頻磁控濺射法分別在玻璃(硬質(zhì))和PET(柔性)襯底上制備了AZO薄膜,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定和

3、分析對(duì)比研究。主要內(nèi)容有:
　　 1.針對(duì)不同襯底材料選擇實(shí)驗(yàn)中的工藝參數(shù)。制備硬質(zhì)AZO薄膜所選用的工藝參數(shù)有濺射功率、工作壓強(qiáng)及襯底溫度;制備柔性AZO薄膜所選用的工藝參數(shù)有濺射功率、工作壓強(qiáng)及緩沖層沉積時(shí)間。
　　 2.在各工藝參數(shù)的范圍內(nèi),分別利用正交法設(shè)計(jì)參數(shù)組制備硬質(zhì)AZO薄膜和柔性AZO薄膜。柔性AZO薄膜是在室溫的條件下制備,并以沉積同質(zhì)緩沖層的方法處理柔性襯底。
　　 3.分別用X射線衍射儀(X

4、RD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、四探針測(cè)試儀以及紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)試分析薄膜的結(jié)構(gòu)特性、表面形貌、電學(xué)特性及光學(xué)特性。
　　 4.對(duì)比了相同條件下制備的硬質(zhì)AZO薄膜與柔性AZO薄膜的結(jié)構(gòu)性能、表面形貌、電學(xué)性能及光學(xué)性能。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果為,Zn和Al以Zn2+和Al3+的形式存在,Al的摻雜并沒(méi)有改變ZnO的纖鋅礦結(jié)構(gòu),摻雜后的薄膜同樣具有[002]晶向的擇優(yōu)取向。其他條件相同的情況下,在濺射功率為180W、工作

5、壓強(qiáng)為0.25Pa、襯底溫度為200℃時(shí)制備的硬質(zhì)AZO薄膜的光電性能最好,其性能參數(shù)分別為薄膜方阻為16.11Ω/□在可見(jiàn)光區(qū)的平均透光率達(dá)92%。室溫下,在其他條件不變時(shí),制備的柔性AZO薄膜在濺射功率為200W、工作壓強(qiáng)為0.25Pa、同質(zhì)緩沖層沉積時(shí)間為5min時(shí)獲得最低方阻28.46Ω/□,平均透光率達(dá)93%。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表明,濺射功率、工作壓強(qiáng)、襯底溫度及緩沖層沉積時(shí)間對(duì)薄膜的性能具有非常重要的影響;與硬質(zhì)A