论文部分内容阅读
氧化锌(ZnO)薄膜是一种直接宽禁带(3.3eV)半导体材料,由于其在结构、电学和光学等方面的诸多优点,被广泛的应用于光电器件上。ZnO:Al(AZO)薄膜相对于ITO薄膜具有更低的电阻率和更高的可见光透过率,因而有望成为替代ITO主要的透明导电材料。AZO薄膜相对于ITO材料,具有价格低廉且无污染,原材料丰富的优点,是目前较为理想的透明导电材料。目前制备AZO薄膜的方法有很多,其中磁控溅射技术相对于其他薄膜制备技术,具有较高的沉积速率与均匀性,从而成为AZO薄膜的重要制备技术之一。 本文首先对氧化锌薄膜和透明导电薄膜的结构、性质、以及发展进行了总结,再对铝掺杂氧化锌薄膜(AZO)的性能特点进行了介绍,之后对AZO薄膜的制备方法和用途进行了综合描述,并指出了透明导电薄膜未来的发展趋势。 在此基础上,本实验采用射频磁控溅射的方法,以纯度3N的98wt％ZnO,2wt%Al2O3陶瓷靶为溅射靶材,在玻璃衬底上制备了Al2O3掺杂的ZnO薄膜。采用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见光谱仪(UV-Vis)等方法测试和分析了不同衬底温度,溅射偏压以及退火工艺对AZO薄膜的形貌结构、光电学性能的影响。得到了以下的结论: 通过分析实验数据验证了:衬底温度、溅射偏压和热处理气氛等因素对薄膜的晶体结构、光电性能均有很大的影响。所有制备得到的AZO薄膜,均为c轴垂直于衬底的(002)面择优取向的六角铅锌矿结构,在可见光区区域内均表现出了良好的光透过性。其中当衬底温度为200℃、溅射偏压为60V时,制得AZO薄膜样品的结晶性能最好,且样品分别经过空气、氮气气氛下退火处理后,薄膜的电阻率明显降低。 综合分析并汇总实验各项数据,得出了在低温区域内,以磁控溅射法制备AZO薄膜的优化工艺参数为:选取衬底温度200℃时,溅射时间30min,负偏压为60V、退火温度300℃时,制得薄膜的可见光透过率为81%,最低电阻率为9.2×10-4Ω·cm。