ZAOp/ZAO透明导电薄膜的制备工艺与性能研究
由于透明导电氧化物薄膜材料有低的电阻率和在可见光范围内高的透光率等优良特性，可应用在太阳能电池、平板显示器、电磁屏蔽和气敏传感器等领域。近来，因掺Al的ZnO薄膜(即ZAO薄膜)与ITO薄膜有着相似的光电特性，且ZAO薄膜成本低和稳定性好等优点，已成为取代ITO薄膜的最佳选择。本文采用溶胶-凝胶法制备掺杂ZAO透明导电薄膜，并在ZAO溶胶中添加纳米粉体形成ZAOp/ZAO溶胶体系，采用浸渍-提拉法制备掺ZAO纳米粉的ZAO透明导电薄膜，即ZAOp/ZAO薄膜。采用UV/VIS分光光度计、SZT-2四探针测试仪、SEM、TEM、DCS、XRD和QFD型附着力试验仪，分析了薄膜的光电特性、晶化行为、物相、表面形貌以及薄膜与衬底间的结合强度。论文获得以下成果：
1)采用共沉淀法制备ZAO纳米粉体，并对其进行了物相和表征分析。结果表明，三种状态粉体(共沉淀-普通干燥、超临界-流体干燥和湿凝胶)的一次颗粒尺寸约为20nm，但存在程度不同的团聚状态，经热处理后均为ZnO的六方纤锌矿结构，具有c轴的择优生长特性。
2)以乙酸锌为前驱体，乙二醇甲醚为溶剂，单乙醇氨为稳定剂，硝酸铝为掺杂剂，并将三种状态的ZAO纳米粉体分别加入到ZAO溶胶中，经溶胶一凝胶过程在普通玻璃衬底上成功制备出ZAO薄膜和ZAOp/ZAO薄膜。热处理后的ZAOp/ZAO薄膜仍然为六方纤锌矿结构，具有c轴的择优生长特性，样品表面致密平整，无褶皱现象，且薄膜与玻璃衬底结合强度为1级。
3)对含有ZAO粉体的ZAO溶胶体系进行了DSC-TGA分析，确定了薄膜的热处理温度应在400℃以上。结合未干燥处理的凝胶体系和500℃进行热处理2h后的凝胶体系的红外分析，发现凝胶经500℃热处理后，凝胶中的有机物和水分已经全部分解。
4)制备ZAOp/ZAO薄膜的最佳工艺条件为：添加超临界-流体干燥制备的粉体，溶胶浓度为0.7mol/L，Al掺杂浓度为1at％，ZAO粉体添加量为1wt％，每层镀膜的干燥温度为100℃，预热温度为500℃，最终热处理制度为500℃，浸渍-提拉10层制备的ZAOp/ZAO薄膜的方块电阻为120Ω/□，在可见光范围内的平均透光率大于85％，近紫外光反射率大于80％，近红外光透光率大于80％。
5)通过引入十三氟辛基乙基三甲氧基硅烷(FAS)以降低薄膜表面的自由能。结果表明：当FAS含量为0.9％时，ZAOp/ZAO薄膜对水和对油的接触角达到最大值，分别为133°和113°；当大于0.9％时，其接触角略有减小。具有双疏型ZAOp/ZAO薄膜的方块电阻未发生变化，而透光率有所提高，这表明FAS/SiO2薄膜具有一定的增透效果。
溶胶-凝胶法;透光率;方块电阻;透明导电薄膜;电阻率
西安工业大学
硕士
微电子学与固体电子学
杨觉明
2011
中文
TB383
70
2011-08-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）