膜厚对Zr,Al共掺杂ZnO透明导电薄膜结构和光电性能的影响

采用直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备出Zr,Al共掺杂ZnO(AZZO)透明导电薄膜。用XRD和SEM分析和观察了薄膜样品的组织结构和表面形貌。研究表明:制备的AZZO透明导电薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有c轴择优取向。另外还研究了薄膜的结构、光学和电学性质随薄膜厚度的变化关系。当薄膜厚度为843nm时,电阻率具有最小值1.18×10-3Ω.cm,在可见光区(500～800nm)平均透过率超过93%。

纯Ar气氛中退火对Al掺杂ZnO薄膜性能的影响

用射频磁控溅射技术制备了高度择优取向的Al掺杂ZnO（ZAO）薄膜,并对薄膜在纯氩气中进行了400-600℃的退火处理。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、光谱仪和四探针测试仪等对退火前后薄膜进行了表征和光学、电学性能研究。研究表明,纯氩气中退火处理对ZAO薄膜的晶体、光学和电学性能有影响。原位沉积的薄膜电阻率2.59Ωcm,可见光区透过率约70%。500℃纯Ar气氛中退火1h后,ZAO薄膜的平均晶粒有所长大,薄膜内应力达到最小,接近于松弛状态;薄膜可见光区平均透过率从70%提高到80%左右;而薄膜的电阻率变化不明显,从2.59Ωcm降低到1.13Ωcm。

Al掺杂ZnO薄膜的微结构及电学特性

用(ZnO)1-x(Al2O3)x(x=w(Al2O3)=0、0.01、0.02、0.05)陶瓷靶材为原料,通过电子束反应蒸发生长了非故意掺杂及Al掺杂的ZnO薄膜.采用X射线衍射、Raman散射及霍尔效应技术研究了薄膜的晶体微结构及电学特性.结果表明,由(ZnO)1-x(Al2O3)x(x≤0.02)的靶材生长得到的Al掺杂ZnO薄膜仍具有高度c-轴取向的纤锌矿晶体结构,但随着薄膜中Al掺入量的增加,其c-轴取向性有所退化;Raman光谱测量表明,Al掺杂ZnO薄膜的本征内应力随着Al掺入量的增加而增大,(ZnO)0.98(Al2O3)0.02薄膜中Al和Zn的原子个数比为6∶94,此时薄膜的内应力已接近饱和;Al掺杂ZnO薄膜的电阻率随着Al掺入量的增加呈现先减小后增大的特征,(ZnO)0.98(Al2O3)0.02薄膜具有最小的电阻率(7.85×10-4Ω.cm),这归因于该类薄膜同时具有高电子浓度(1.32×1021cm-3)和较高的电子迁移率(6.02 cm2/(V.s)).

溅射功率对Zr,Al共掺杂ZnO薄膜结构和性能的影响

室温下,采用直流磁控溅射法,在载玻片衬底上制备出了Zr,Al共掺杂ZnO(AZZO)透明导电薄膜。研究了溅射功率对薄膜的组织结构、表面形貌和光电学性能的影响。结果表明,制备的AZZO透明导电薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有c轴择优取向。当溅射功率为150W时,薄膜电阻率达到最小值1.66×10–3Ω·cm,在可见光区平均透过率超过93%。

退火温度对ITO/Cu/AZO透明导电薄膜结构及性能的影响

采用射频与直流磁控交替溅射法在石英玻璃载玻片上制备了氧化铟锡(ITO)/Cu/Al掺杂ZnO(AZO)(45 nm/10 nm/45 nm)组合结构的透明导电薄膜,并在不同退火温度下对薄膜进行真空热处理。利用X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计、四探针电阻测试仪等表征手段,系统地研究了退火温度对ITO/Cu/AZO复合薄膜晶体结构和光电性能的影响。结果显示,经过不同温度的真空退火处理,薄膜的晶体结构和导电性能得到显著改善和提高,薄膜可见光平均透过率随着退火温度的升高先增加后降低。对比发现,在气压5×10^(-3)Pa、温度150℃下退火制备的ITO/Cu/AZO结构薄膜表现出最佳的综合性能,薄膜具有较强的(222)和(440)晶面衍射峰,在400~800 nm光波范围平均透过率约为80.5%,电导率约为1.76×10^(3) S/cm,综合品质因数达到约2.12×10^(-3)/Ω。

Mg-Al共掺杂ZnO薄膜的制备及其光学特性

采用溶胶-凝胶(sol-gel)旋涂法在载玻片上制备了不同Al掺杂量的Mg-Al共掺杂ZnO薄膜.在室温下利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光(PL)谱仪等手段分析了Mg-Al共掺杂ZnO薄膜的微结构、形貌和发光特性.XRD结果表明Mg-Al共掺杂ZnO薄膜具有六角纤锌矿结构;随着Al掺杂量的增加,共掺杂薄膜呈c轴取向生长.由SEM照片可知薄膜表面形貌随Al掺杂量的增加由颗粒状结构向纳米棒状结构转变.透射光谱表明共掺杂薄膜在可见光区内的透射率大于50%,紫外吸收边发生蓝移.在室温下的PL谱表明Mg-Al共掺杂ZnO薄膜的紫外发射峰向短波长方向移动;Al掺杂摩尔分数为1%和3%的Mg-Al共掺杂ZnO薄膜的可见发射峰分别为596 nm的黄光和565 nm的绿光,黄光主要与氧间隙有关,而绿光主要与氧空位有关.

溶胶-凝胶旋涂法制备Al掺杂ZnO薄膜及其光电性能的研究

利用溶胶-凝胶(sol-gel)旋涂法制备不同Al掺杂量的ZnO薄膜.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)和光致发光谱(PL)等测试手段对Al掺杂ZnO薄膜的晶体结构、表面形貌及光电性能进行表征.结果表明:所制备的样品均沿(002)方向择优生长,无其他杂相的出现.随着Al掺杂量的增加,薄膜的晶粒尺寸先减小后增大,当Al掺杂量为0.020时晶粒尺寸最小,其表面晶粒最为均匀、致密;近紫外发光峰的强度先增强后减弱,并且出现了轻微蓝移的现象;薄膜的电阻值先减小后轻微增大.当Al元素的掺杂量为0.015时,薄膜表面相对均匀致密,禁带宽度有所增加,可见光范围内平均透过率最高达到90%,并且具有较好的导电性能.

具有C轴取向Al^(3+)掺杂型ZnO薄膜的溶胶-凝胶法制备及其性能研究

以乙二醇甲醚为溶剂,采用Sol-Gel法制备出具有C轴取向、可导电的Al3+离子掺杂ZnO透明薄膜,并利用场发射扫描电镜、X-射线衍射、能谱分析、标准四探针和反射光谱仪等对薄膜的组成、结构和光学性能进行了分析。结果表明:Al3+离子掺杂ZnO薄膜为六方纤锌矿型结构,由六棱柱状阵列构成,具有C轴择优取向;薄膜电阻率随Al3+离子掺杂浓度的升高而降低;在可见光区域,薄膜透光率随Al3+离子掺杂浓度的升高而降低,掺杂3%ZnO薄膜的透光率达到90%左右,禁带宽度为3.25 eV,具备制作薄膜太阳能电池透明导电电极材料的应用价值。

ZnO和Al_2O_3缓冲层对AZO透明导电膜薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射法,以纯度为99.9%,质量分数98%ZnO、2%Al2O3陶瓷靶为溅射靶材,在预先沉积了ZnO和Al2O3的玻璃衬底上制备了Al2O3掺杂的ZnO薄膜。研究并对比了两种不同的缓冲层对ZnO∶Al(AZO)薄膜的微观结构和光电性能的影响。并借助X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缓冲层,对AZO薄膜的形貌结构、光电学性能的影响。结果表明:加入缓冲层后,在衬底温度为200℃时,溅射30min,负偏压为60V、在氮气气氛下经300℃退火处理后,制得薄膜的可见光透过率为83%～87%,AZO薄膜的最低电阻率,从9.2×10-4Ω.cm(玻璃)分别下降到8.0×10-4Ω.cm(ZnO)和5.4×10-4Ω.cm(Al2O3)。

Al掺杂ZnO薄膜的表面形貌和光学性质

用原子力显微镜、紫外-可见分光光度计和荧光光谱仪观察采用溶胶-凝胶法制备的Al掺杂ZnO薄膜的表面形貌、透射光谱和光致发光谱。结果表明,Al掺杂量为0.5at%的ZnO薄膜经550℃退火处理后,粗糙度为1.817,Al掺杂量为1.0at%的ZnO薄膜经600℃退火处理后,粗糙度增大到4.625。样品在可见光范围内的平均透过率均大于80%。当激发波长为325 nm时,在397 nm(3.13 eV)附近出现紫外发光峰;当激发波长为360 nm时,在443 nm(2.80 eV)附近出现蓝色发光峰。探讨了样品的蓝光发光机制。

H/Al共掺杂对ZnO基透明导电薄膜光电性质和晶体结构的影响

利用H在ZnO中作为浅施主杂质的特性,研究了H掺杂对ZnO∶Al透明导电薄膜特性的影响。通过降低ZnO∶Al中Al的含量并同时引入H掺杂,解决了透明导电薄膜中高导电性与高透过率之间的矛盾。H的掺杂可以显著降低ZnO基透明导电薄膜的电阻率,这是由于H一方面作为施主可以提供电子从而提高了自由载流子浓度;另一方面与ZnO晶界中的O-结合降低了晶界势垒,提高了载流子迁移率。利用H掺杂,可以在Al掺杂量降低10倍的情况下,仍然能获得低电阻率(6.3×10-4Ω·cm)的透明导电薄膜,同时其近红外波段(1 200 nm)透光率从64%提高到90%。这种具有高导电性和高透光性的透明导电薄膜可以应用于各类薄膜太阳能电池中以提升器件效率。

ZnO缓冲层上低温生长Al掺杂的ZnO薄膜

采用射频磁控溅射法在ZnO缓冲层上制备了不同Al掺杂量的ZnO(AZO)薄膜。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光(PL)等表征技术,研究了AZO薄膜的微观结构、表面形貌和发光特性。结果表明,随着Al掺杂量的增加,ZnO薄膜的择优取向性发生了改变,且当Al的掺杂量为0.81%(原子分数)时,(002)衍射峰与其它衍射峰强度的比值达到最大,表明适合的Al掺杂使ZnO薄膜的择优取向性得到了改善。在可见光范围内薄膜的平均透过率超过70%。通过对样品光致发光(PL)谱的研究,发现所有样品出现了3个发光峰,分别对应于以444nm(2.80eV)、483nm(2.57eV)为中心的蓝光发光峰和以521nm(2.38eV)为中心较弱的绿光峰。并对样品的发光机理进行了详细的探讨。

磁控溅镀法制备Al掺杂ZnO薄膜的特性分析

以射频磁控溅镀法在柔性聚碳酸酯基板上成长Al掺杂ZnO薄膜,利用XRD、AES、霍尔效应测试仪及单色分光计测量分析Al靶功率对薄膜光电特性的影响.XRD分析表明所有薄膜的衍射峰皆以(002)面为主,Al靶功率为25 W时(002)面衍射峰强度最大,此时薄膜结晶性最佳;AES分析表明随着Al靶功率的增大,Al含量由0 at.%增至18.01 at.%,Zn含量则由72.51 at.%降至38.39 at.%,而O含量没有太大变化,这说明Al可以取代ZnO中Zn的位置;霍尔效应测量表明Al靶功率为25 W时电阻率最小,约为7.75×10^-4Ω·cm,而载子浓度及其迁移率则达到最大,分别约为9.35×10^20 cm^-3与8.64 cm^2/(V·s);分光计测量表明薄膜在可见光区的平均透射率可约达90%以上,说明本研究制备的Al掺杂ZnO薄膜是具有高透射率的透明导电薄膜.

铝掺杂对ZnO:Al薄膜结晶性能与微观组织的影响

以二水合醋酸锌为原材料,采用溶胶-凝胶浸涂法在钠钙玻璃基片上制备了具有c轴择优取向的ZnO:Al薄膜,考察了铝掺杂浓度对薄膜结晶性与微观组织结构的影响。结果表明:铝掺杂使ZnO薄膜(002)晶面的2θ向高角度方向偏移,c轴择优取向性增强,晶粒变小(15～20nm)。当铝掺杂浓度(摩尔分数)为1%～2%时,微观组织结构变得致密均匀;当铝掺杂浓度大于2%时,发生颗粒团聚现象;在高掺杂浓度下(5%和8%),出现大尺寸片状ZnO:Al晶粒异常长大,生长出特殊形貌的薄膜。

磁控溅射Al掺杂ZnO薄膜结构及光电性能研究

采用磁控溅射法在石英玻璃衬底上制备不同铝(Al)掺杂量的铝掺氧化锌(AZO)薄膜。利用X射线衍射仪、原子力显微镜、四探针测试仪和透射光谱仪等手段研究了不同Al掺杂量对AZO薄膜结构、形貌、电学和光学性能的影响。结果表明,所有样品均为ZnO六方纤锌矿晶体结构,具有较好的c轴择优取向;随着Al掺杂量的增加,薄膜结晶稍有变差,电阻率逐渐降低,透过率逐渐增加。当Al掺含量为3%(vol,体积分数)时,AZO薄膜的综合性能更好,电阻率约3.52×10^(-3)Ω·cm,平均透光率可达到80%,光学禁带宽度达到3.23eV。

Al掺杂ZnO薄膜原子力显微图像的多重分形研究

用原子力显微镜观察溶胶-凝胶法制备Al掺杂ZnO薄膜的表面形貌,运用多重分形理论研究Al掺杂ZnO薄膜的原子力显微图像,多重分形谱可以很好地定量表征薄膜的表面形貌。结果显示:Al掺杂量为0.5 at.%的ZnO薄膜经550℃退火处理后,rms粗糙度为1.817,Al掺杂量为1.0 at.%的ZnO薄膜经600℃退火处理后,rms粗糙度增大到4.625,相应的分形谱宽Δα从0.019增大到0.287,分形参数Δf由-0.075变为0.124。

氧氩流量比对Al掺杂ZnO薄膜光电性能的影响

为了研究氧气对Al掺杂ZnO薄膜性能的影响,用射频反应磁控溅射方法制备了氧化锌掺铝(ZAO)薄膜,靶材为锌铝合金靶,并研究了薄膜的透光率跟氧氩流量比的关系以及同一氧氩流量比下薄膜光学性能随温度变化的规律.实验结果表明,200℃下氧氩流量比为1:35时有最佳的透光率.250℃下氧氩流量比为1:30时有最佳的透光率;300℃下氧氩流量比为1:15时有最佳的透光率.同一氧氩流量比1:25时,200℃下制备的ZAO薄膜有最佳的透光性.温度更高或者更低都导致薄膜的透光性能变差.

溅射气压对Al掺杂ZnO薄膜光电性能的影响

采用射频磁控溅射技术,在常温状态下在玻璃衬底上制备了Al掺杂ZnO透明导电薄膜.利用XRD和AFM分别对薄膜的晶体结构和表面微观形貌进行了表征,利用紫外-可见分光光度计和霍尔效应测试仪对薄膜的光电性能进行了测试,并分析讨论了不同溅射气压对Al掺杂ZnO薄膜结构、形貌和光电性能的影响.结果表明,在本实验条件下制备的薄膜均为良好的c轴择优取向;在可见光范围内样品的平均透过率都高于85%;在溅射气压为1.2Pa时,薄膜的结晶度、电阻率和透过率都达到了最佳值.

Al掺杂对ZnO薄膜形貌和光学性能的影响

采用溶胶-凝胶旋涂法在FTO玻璃衬底上制备得到了不同Al掺杂浓度的ZnO薄膜(AZO)。利用XRD、FESEM、UV-vis和PL等测试手段对样品结构、形貌和光学性能进行了表征。结果表明,合成的AZO薄膜均为六方纤锌矿结构且峰强随掺杂浓度的升高而减弱;同时,颗粒形貌由不规则向规则球形转变且尺寸逐渐减小;PL谱中的近紫外发射峰和晶格缺陷峰值随掺杂浓度的升高先增大后降低;由UV-vis吸收光谱可知,AZO薄膜在设定波长内的光吸收处于波动状态,且当Al掺杂浓度为3%时,光吸收强度最高,禁带宽度减小到3.12eV。

PET上沉积Al掺杂ZnO薄膜的光电特性研究

采用脉冲激光沉积技术(PLD),室温下在柔性衬底PET上制备了高度c轴择优取向的Al掺杂ZnO薄膜。XRD分析表明,不同Al掺杂浓度的样品均呈现单一的ZnO相。荧光光谱和透射光谱分析显示,低温低氧压下制备的Al掺杂ZnO薄膜在紫光区域有很强的荧光发射,在可见光区域具有较高的透射率;并且可以通过Al掺杂浓度调节薄膜紫色发光强度和薄膜带隙。薄膜的电阻率随着Al掺杂浓度的增加先降低后增加,在掺杂浓度为3%原子分数时达到最小值。