氧化鋅基透明導(dǎo)電薄膜的制備與性能研究.pdf

1、透明導(dǎo)電氧化物薄膜(俗稱TCO)因其優(yōu)良的電導(dǎo)性,以及在可見和近紅外光波段良好的光學(xué)透過率,廣泛應(yīng)用于透明電極、電磁屏蔽、熱反射鏡、電致變色窗、氣敏傳感器、紅外隱身材料及柔性電子器件等領(lǐng)域。目前,市場上應(yīng)用的TCO材料大部分是In2O3:Sn,俗稱ITO薄膜。盡管它的制備技術(shù)相當(dāng)成熟,但仍然存在不少缺點(diǎn)。而氧化鋅是人們已知的一種優(yōu)良的寬禁帶半導(dǎo)體材料,其原材料豐富、無毒、無污染、與環(huán)境兼容、適用于大面積制作、易摻雜,并且在氫等離子體等特

2、殊環(huán)境中使用時,穩(wěn)定性要好于ITO薄膜。所以,ZnO基透明導(dǎo)電薄膜成為了取代ITO薄膜的首選材料。
　　但是,通過文獻(xiàn)調(diào)研,我們發(fā)現(xiàn)氧化鋅基材料還有很多基礎(chǔ)性研究或技術(shù)瓶頸有待進(jìn)一步完善和突破。針對上述難題,本研究課題主要從以下兩方面開展研究:(1)采用溶膠-凝膠方法,通過旋涂成膜制備高價態(tài)鎢摻雜以及陰陽離子(F/Al)共摻雜的氧化鋅薄膜。(2)使用自制的鋅鋁合金材料為靶材,借助直流磁控濺射方式制備摻鋁氧化鋅薄膜。主要研究結(jié)果如下

3、:
　　通過溶膠-凝膠工藝沉積了一系列高價態(tài)鎢摻雜的氧化鋅薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:鎢的摻入使氧化鋅薄膜的晶體質(zhì)量提高,ZnO(002)衍射峰的位置往低角度偏移;WZO薄膜的吸收邊往長波位置偏移,出現(xiàn)“紅移”;摻鎢濃度的變化直接影響熒光發(fā)光強(qiáng)度,但不影響發(fā)光峰位。
　　通過溶膠-凝膠工藝沉積了一系列氟-鋁雙摻的氧化鋅薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:氟-鋁共摻的氧化鋅薄膜的XRD圖中,除了觀察到ZnO(002)峰外,還發(fā)現(xiàn)了2θ為26o的ZnF

4、2(110)峰。相比于未摻雜薄膜,鋁摻雜的吸收邊出現(xiàn)藍(lán)移;隨著氟的摻入,又出現(xiàn)紅移;熒光光譜中,相比于未摻雜薄膜,鋁摻雜的發(fā)光強(qiáng)度增加;但是當(dāng)摻入氟以后,發(fā)光強(qiáng)度減弱。
　　借助直流磁控濺射工藝沉積了鋁摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:氧分壓,襯底溫度,沉積時間等工藝參數(shù)對AZO薄膜的結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)都有各自的影響。實(shí)驗(yàn)獲得的最佳制備工藝是:氧分壓5％,沉積時間30min,襯底溫度400℃。制備的薄膜樣品透過率為85%