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族寬禁帶直接半導體材料，其晶體結構為六角纖鋅礦結構，晶格常數：a為0.32496 nm，c為0.52065 nm，室溫下禁帶寬度約為3.37 eV，激子結合能為60 meV，熔點為1975℃，具有很高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。ZnO的原料易得、廉價、無毒，性能穩(wěn)定，被廣泛應用于表面聲波器材、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、緩沖層等領域。在ZnO薄膜中摻入一些雜質如鋁、銦等

2、，大幅度地提高了氧化鋅薄膜的導電性。AZO薄膜是一種透明導電薄膜，有較高的化學穩(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、防靜電等領域中，有著廣泛的應用前景。因此，開展制備高質量的AZO薄膜的研究以及AZO薄膜的腐蝕特性研究對AZO薄膜在工農業(yè)生產中的應用有很好的指導意義。本論文對磁控濺射的功率、濺射過程中的氧氣含量等制備參數對制備薄膜的光電學性質的影響做了一些研究，同時制備了AZO/金屬雙層透明導

3、電薄膜，另外研究了AZO薄膜在鹽酸溶液中經不同時間腐蝕后的光電學性質的改變。主要內容包括： 第一章，利用射頻磁控濺射在BK-7玻璃基片上沉積AZO薄膜，研究濺射功率對薄膜光電性能的影響。當濺射功率從250 w增加到40.W時，X射線衍射的結果發(fā)現，250 W制備的薄膜只有(002)衍射峰，而30.W以上的樣品則出現了新的(101)衍射峰；而且隨著濺射功率的增加，(002)峰的強度減弱，(101)峰的強度增強。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功率時的24.6×10-4Ωcm減小到40.W時的7.2×10-4Ωcm。樣品在可見光區(qū)域的平均光學透射率都大于85％，其光學帶隙隨載流子濃度的減小而減小。 第二章，研究氧氣濃度對薄膜電學和光學性質的影響。利用直流磁控濺射方法在BK-7基片上制備AZO透明導電薄膜。X射線衍射的結果發(fā)現，氧氣濃度為0.5％時，薄膜的(002)衍射峰最強，且出現了新的(102)和(110)衍

5、射峰。實驗結果還表明，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)的平均光學透過率都在85％左右，在氧氣濃度增到1.5％時可見光區(qū)的平均透射率達87％。 第三章，利用直流磁控濺射在室溫下制備透明導電的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AZO/金屬雙層膜結構、光學和電學性質的影響。當銀薄膜的厚度增加到12 nm時，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Cu薄膜層厚度達8.1 nm時，方塊電阻減小到1

7、9.2 Ω/sq。利用品質因子對雙層膜進行分析，結果顯示所制備的AZO/金屬雙層膜具有高的透射率和低的電阻率，是高質量的透明導電薄膜。 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間后產生了不同的表面紋理粗糙度。腐蝕時間對AZO薄膜表面形貌和光電特性的影響被系統(tǒng)地研究。隨著腐蝕時間的增加，樣品表面變得更加粗糙。分析樣品的光電學性質發(fā)現，樣品的透射率和反射