溅射法制备zao透明导电薄膜及其光电性质的研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要透明导电氧化物薄膜材料具有大的载流子浓度和光学禁带宽度，因而表现出优良的光电特性，如低的电阻率和高的可见光透过率等。目前此类材料体系包括：In203、Sn02、ZnO及其掺杂体系In203：Sn(ITO)、Sn02：Sb、Sn02：F、ZnO：AI(ZAO)等。其中Sn02(TO)和In203：Sn(ITO)薄膜作为透明电极在液晶显示和太阳能电池等领域得到实际应用。而ZnO：AI(ZAO)薄膜由于具有优良的光电特性而成为ITO薄膜的潜在替代材料，且它还具有原材料来源丰富、成本低廉、无毒以及在氢等离子体中具有较好的稳定性等优点，是目前研究

2、的热点薄膜材料之一。多种工艺可咀用来制备透明导电薄膜，如磁控溅射、真空反应蒸发、化学气相沉积、溶胶-凝胶法以及脉冲激光沉积等，其中磁控溅射工艺具有沉积速率高、均匀性好等优点而成为～种广泛应用的成膜方法。本研究课题以氧化锌铝靶为靶材，采用直流磁控溅射工艺在纯氩气气氛中沉积ZAO薄膜。靶材中A1203的掺杂比例分别为l％、2％、3％、4％。用XRD、SEM、XPS、AFM和红外、紫外分光光度计等测试手段对沉积的薄膜进行了表征。结果表明成膜过程中各工艺参数对其结构和光电特性存在较大的影响，另外还采用了在氩气和氧气的混合气氛中制备铝掺杂的氧化锌薄膜，以此研究了溅射过程中氧

3、气分压的作用。研究表明，A1203的掺杂在3wt％时为最佳：ZAO薄膜在低温下沉积时，由于薄膜内存在残余应力使衍射峰位置与体材相比向低角度方向移动。高温沉积的ZAO薄膜或经热处理后的薄膜具有c轴择优取向的六角纤锌矿多晶结构，晶粒垂直于衬底柱状生长，薄膜可得到最小的电阻率和较高的可见光透过率。氧流量和溅射功率也是影响薄膜特性的重要因素。实验证明氧气的存在，会使得薄膜导电性降低；而随着溅射功率的增加，薄膜的导电性变好，但当功率超过100W后，薄膜的导电性反而变差。关键词：透明导电薄膜，ZnO：AI，磁控溅射。工艺参数．壅塾墨三垄兰堡±兰堡垒查————_——●__-__

4、_____——————P—————_————-__●____●————-——————————————一ABSTRACTDuetohighcarrierconcentrationandwideopticalbandgaptransparentconductiveoxidethinfilmsexhibitoutstandingopticalandelectricalproperties，suchaslowresistivityandhightransmittanceinthevisiblerangeetc．Atpresentthiskindofmaterialsyst

5、emincludeIn203，Sn02，ZnOanddopantsystemIn203：S“ITO)，Sn02：Sb，SnOz：F,ZnO：AI(ZA0)etc．Amongthem，Sn02(TO)andIn203：Sn(ITO)filmshavebeenwidelyusedinliquidcrystaldisplayandsolarcellastransparentelectrode．What’moreA1一dopedZnOfilmsshowgoodelectricalandopticalpropertiesandemergeasapotentialaltern

6、ativecandidatefor1TOfilms．Furthermore，theyofferanumberofadvantagescomparedtothepredominantITOfilmsnowadays：(i)cheapandabundantrawmaterials；(ii)nontoxicity；(iii)goodstabilityinhydrogenplasma，whichisofsignificanceforapplicationsrelatedtoamorphoussiliconsolarcell．SothestudyonZAOfilmisbec

7、omingfashionable．ManyprocessesareusedtopreparetransparentconductivefilmssuchasmagnetronspuRering，vacuumreactiveevaporation，chemicalvapordeposition，sol-gel，laser-pulseddeposition．Amongthesemethods，magnetronsputteringisthemostwidelyusedtechniqueforpreparingthinfilmsowingtoitshighdeposit

8、ionra