掺铝氧化锌透明导电薄膜的制备与性能研究
透明导电氧化物薄膜已经广泛应用于透明导电接触、太阳能电池、激光二极管、紫外激光器以及薄膜晶体管等领域,且随着应用的拓展其需求量也日益增长。当下,铟锡氧化物(ITO)是应用最广泛的透明导电氧化物材料,但由于铟供应的短缺,满足透明导电应用稳定增长的需求越来越难了。而ZnO透明导电薄膜因其优异的光电性能、低廉的制造成本和对环境的友好性成为研究热点之一,被公认为是取代铟锡氧化物透明导电薄膜的最佳候选者。本文围绕射频磁控溅射法制备掺铝氧化锌(AZO)透明导电薄膜的工艺参数的优化问题展开了研究与分析。 实验中采用了掺铝氧化锌陶瓷作为溅射靶材,利用射频磁控溅射镀膜系统调节相关沉积参数(掺Al浓度、衬底温度、溅射功率、工作气压、工作气体中氢氧浓度)在载玻片和Si衬底上制备AZO薄膜,部分样品进行了不同条件下的退火处理,并用XRD、SEM、UV-vis、Hall测试系统、台阶仪、四探针电阻测试仪等仪器对所制备的薄膜样品的微结构和光电性能进行测试分析。 结果表明,所有薄膜样品均表现出明显的(002)面的衍射峰,具有良好的垂直于衬底表面的c轴择优取向,为六角纤锌矿结构。在相同条件下,Si衬底上沉积的AZO薄膜的结晶质量明显比载玻片上的优良,但电阻率相对较高。当氧化锌陶瓷中掺Al2O3质量分数为2％时,所溅射沉积的薄膜结晶度和晶粒尺寸最大,电阻率和可见光平均透射率最佳。薄膜结晶质量随衬底温度升高而改善,电阻率也随之降低,透射率增大。适当的溅射功率和工作气压能改善沉积薄膜的结构和光电性能。工作气氛中掺H2会对薄膜的结构和光电性能造成不利影响,且随 H2浓度的增加恶化程度加重,这与H2的还原性有关;而掺入微量的O2气有利于薄膜光电性能的优化,这是由于薄膜晶格中的O空位缺陷的减少所致,但过量的O2气会对薄膜生长造成不良的影响,与O2的氧化性有关。在纯Ar气氛中,压强0.8Pa,衬底温度400℃,溅射功率200W时,在载玻片上沉积的薄膜光电性能相对较优,其电阻率为1.53310-3Ωcm,平均可见光透射率约为83％,光学带隙达3.52eV。不同气氛下的退火处理对AZO薄膜的结晶质量有所改善,但对电阻率和光学带隙的影响差异很大,N2气氛下的退火降低了电阻,且随温度的升高而减小,透射谱中的吸收边“蓝移”;空气中薄膜电阻率随温度升高逐渐增大,吸收边发生“红移”。
掺铝氧化锌陶瓷;制备工艺;射频磁控溅射法;参数优化;光电性能
华中科技大学
硕士
微电子学与固体电子学
于军
2012
中文
TQ174.6
67
2012-12-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）