GZO/Ag/GZO多层薄膜制备、结构与光电特性的研究

采用射频磁控溅射和离子束溅射联合设备在玻璃衬底上制备出了具有良好附着性、低电阻率和高透过率的GZO/Ag/GZO(ZnO掺杂Ga2O3简称GZO)多层薄膜。X射线衍射谱表明GZO/Ag/GZO多层薄膜是多晶膜,GZO层具有ZnO的六角纤锌矿结构,最佳取向为(002)方向;Ag层是立方结构,具有(111)取向。在GZO层厚度一定的情况下,研究了Ag层厚度的变化对多层膜结构以及光电特性的影响。研究发现,当Ag层厚度为10nm时,3层膜的电阻率为9×10-5Ω.cm,在可见光范围内平均透过率达到89.7%,薄膜对应的品质因子数值为3.4×10-2Ω-1。

ITO界面调制层对GZO电极LED器件性能的影响

采用磁控溅射制备GZO和具有ITO界面调控层的GZO(ITO/GZO)透明导电薄膜作为大功率LED的电流扩散层,对比研究界面调控层对LED器件性能的影响。研究结果表明,ITO/GZO薄膜的透过率在可见光区达80%以上,退火后的ITO/GZO薄膜有较低的电阻率(1.15×10-3Ω.cm)。ITO调控层的介入能够调制GZO表面粗糙度,有利于改善LED外量子效率,降低GZO/p-GaN界面的接触势垒,提高LED器件的光电性能。通过ITO界面调控后,LED器件20 mA驱动电流下的工作电压从9.5 V降低为6.8 V,发光强度从245 mcd升到297 mcd,提高了20%;驱动电流为35 mA时,其发光强度从340.5 mcd升到511 mcd,提高了50%。

透明导电GZO薄膜电学和光学性能的研究进展

ZnO因其价格便宜、无毒等优点,最有希望替代昂贵的掺锡氧化铟ITO,但未掺杂ZnO是高阻材料,如何提高其光电性能,制备出高质量的ZnO薄膜是实现其应用的关键。其中,Ga掺杂是提高ZnO性能的一种有效手段。从制备方法、掺杂浓度、生长条件等方面综述了Ga掺杂ZnO(GZO)薄膜光电性能的研究进展,归纳总结后发现:适当增加掺杂量、提高衬底温度等都有利于薄膜光学和电学性能的提高。目前,GZO薄膜电阻率最低可达10-3～10-4Ω.cm,透光率一般可达80%以上,光电性能可以满足透明导电膜的要求,但其性能的稳定性还不如广泛使用的ITO。因此,GZO薄膜要达到实际应用要求,尚需进一步优化工艺,提高其性能的稳定性。

真空退火温度对GZO/Ag/GZO三层膜性能的影响

室温下在玻璃衬底上,采用射频磁控溅射GZO(Ga掺杂ZnO)膜和离子束溅射Ag膜的方法,制备了GZO/Ag/GZO三层膜,分析了真空退火温度对样品结构、光学、电学性能的影响。结果显示:随着退火温度的升高,Ag层的结构得到明显改善,但GZO层结晶度受到了Ag扩散的影响。经过350℃退火后,样品在可见光区平均透射率达92.63%,电阻率由8.0×10–5Ω·cm降至4.0×10–5Ω·cm。

基体温度和氩气压强对射频磁控溅射制备GZO薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射方法,用Ga2O3含量为1%的ZnO做靶材,在不同基体温度和不同溅射压强的条件下制备了高质量的GZO透明导电薄膜.结果表明:基体温度和氩气压强对GZO薄膜的晶体结构、光电性能有较大影响.当温度为500℃,溅射气压为0.2Pa时制备的GZO薄膜光电性能较优,方块电阻为7.8Ω/□,电阻率为8.58×10-4Ω.cm,可见光的平均透过率为89.1%.

直流磁控溅射功率对溅射生长GZO薄膜光电性能的影响

本文采用直流磁控溅射沉积系统在玻璃基底上沉积镓掺杂氧化锌(GZO)薄膜,将溅射功率从120W调整到240W,步长为30W,研究功率变化对GZO薄膜的晶体结构、表面形貌、光学性能和电学性能的影响。结果表明,溅射功率对GZO薄膜电阻率有显著的影响。溅射功率为210W时薄膜呈现最低电阻率为3.31×10^(-4)Ω·cm,可见光波段平均光学透光率接近84%。随着溅射功率的增加,薄膜表面形貌和生长形态发生较大变化,并直接得到具有一定凸凹不平的微结构,GZO薄膜的致密性先增加后降低。

磁控溅射制备纳米晶GZO/CdS双层膜及GZO/CdS/p-Si异质结光伏器件的研究（英文）

采用磁控溅射制备Ga掺杂ZnO (GZO)/CdS双层膜在p型晶硅衬底上以形成GZO/CdS/p-Si异质结器件。纳米晶GZO/CdS双层膜的微结构、光学及电学特性,通过XRD、SEM、XPS、紫外-可见光分光光度计和霍尔效应测试系统表征。GZO/CdS/p-Si异质结J-V曲线显示良好的整流特性。在±3 V时,整流比IF/IR(IF和IR分别表示正向和反向电流)已达到21。结果表明纳米晶GZO/CdS/p-Si异质结具有好的二极管特性,在反向偏压下获得高光电流密度。纳米晶GZO/CdS/p-Si异质结显示明显的光伏特性。由于CdS晶格常数在GZO和晶Si之间,它能作为一个介于GZO和晶Si之间的缓冲层,能有效地减少GZO和p-Si之间的界面态。因此,我们获得了GZO/CdS/p-Si异质结明显光伏特性。

直流磁控溅射法低温制备GZO:Ti薄膜及其光电性能研究

用直流磁控溅射法在玻璃衬底上成功制备出了钛镓共掺杂氧化锌(GZO:Ti)透明导电薄膜,研究了溅射压强和功率对GZO:Ti薄膜的微观结构和光电性能的影响。研究结果表明,所制备的GZO:Ti薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有c轴择优取向。溅射压强和功率对薄膜的电阻率和微观结构均有显著影响。随功率增大,薄膜电阻率降低,生长率增大。所制备的薄膜的最小电阻率为1.81×10-4Ω·cm,可见光区平均透过率大于84%。

直流磁控溅射法制备GZO薄膜及其结构和光电性能的研究

为了提高GZO薄膜性能的稳定性,在溅射温度为室温、气压为0.2 Pa、靶基距为100 mm等工艺条件下,利用直流磁控溅射法在氧化铝基底上沉积超厚型的镓掺杂氧化锌(GZO)薄膜,并探究不同溅射功率对GZO薄膜的表面生长方式、内部晶体取向和光电性能的影响。利用X射线衍射仪、四探针、原子力显微镜等仪器对制备的薄膜进行表征,结果发现随着溅射功率的增大,GZO薄膜晶胞的生长方向由径向生长变为横向生长;薄膜内的晶体结构的衍射峰先增强后降低;薄膜在可见光范围内的平均透光率出现先增大后减小,最后再次增加的趋势。GZO薄膜样品的方块电阻随功率的增加逐渐呈现出下降的趋势,当溅射功率为250 W时,薄膜的方块电阻最低,最低值为18Ω/□。当溅射功率为180 W时,薄膜的择优取向衍射峰峰值达到最大,薄膜的晶胞生长饱满并且结晶性能良好,薄膜表面致密性平整;GZO薄膜的平均透光率在可见光波段范围内达到最高并且接近95%,薄膜的方块电阻为34Ω/□。

加磁场对GZO薄膜结构及光电性能的影响

采用射频磁控溅射法在玻璃基底上制备了Ga掺杂ZnO(GZO)薄膜,在传统磁控溅射系统中引入外加磁场,探究了磁场强度变化对GZO薄膜晶体结构和光电性能的影响。结果表明:所制得的GZO薄膜结构均为六角纤锌结构且在[002]方向沿C轴择优取向;外加磁场强度对薄膜的光电性能具有较大影响,在可见光范围内,薄膜的平均透光率超过93%,并出现了Moss-Burstein效应;薄膜的电学性能得到提升,其电阻率从4.96×10^(-3)Ω·cm降至3.17×10^(-4)Ω·cm,霍尔迁移率从7.36 cm^2·V^(-1)·S^(-1)增至9.53 cm^2·V^(-1)·S^(-1)。

沉淀法制备超高致密度GZO陶瓷靶材用纳米氧化镓

为开发适合制备ZGO靶材的超细β-Ga2O3纳米粉末,以金属镓、硝酸、盐酸、氨水为原料,对化学沉淀法制备纳米氧化镓粉末的过程进行了研究。通过严格控制实验条件制备出了单斜相、粒度分布均匀的β-Ga2O3纳米粉末,并以其为原料制备了可直流磁控溅射的超高密度GZO陶瓷靶材。

氢气与Cu中间层对GZO薄膜光电性能的影响

采用磁控溅射方法,在H2/Ar混合气氛下制备了GZO薄膜和在Ar气氛下制备了GZO/Cu/GZO多层结构薄膜,分别研究了H2流量和Cu层厚度对薄膜透明导电性能的影响。在此基础上,在H2/Ar混合气氛下制备了GZO/Cu/GZO多层结构薄膜,对Cu层厚度对其性能的影响进行了研究。结果表明,沉积气氛中引入H2能有效降低GZO薄膜的电阻率而提高其透光率,在H2流量为20 sccm时GZO薄膜具有最佳性能。随着Cu厚度的增加,GZO/Cu/GZO多层结构薄膜的电阻率和平均透过率显著下降。在H2/Ar混合气氛下制备的氢化GZO/Cu/GZO多层结构薄膜的电阻率普遍低于Ar气氛下制备的GZO/Cu/GZO多层结构薄膜,但其透光率却随Cu层厚度的增加而显著降低。另外,薄膜的禁带宽度随H2流量的增加而增加,随Cu层厚度的增加而减小。

薄膜厚度对GZO透明导电膜及其LED器件性能的影响

采用射频磁控溅射的方法制备了GZO透明导电薄膜,通过原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、霍尔效应测试仪及紫外-可见光分光光度计等手段研究了厚度对于GZO薄膜性能的影响,并制备了相应的LED器件。实验结果表明:随着薄膜厚度增加,薄膜结晶质量提高,薄膜的电阻率也随之降低。当厚度为500 nm时,薄膜的电阻率最低为2.79×10-4Ω.cm,同时其在460 nm蓝光区域的光透过率高达97.9%。对所制备的以GZO薄膜为透明电极的LED器件进行了测试分析,发现GZO薄膜厚度对LED的正向电压影响不大,但对LED芯片的出光效率有较大影响。

GZO/Al复合背电极对非晶硅太阳能电池的影响

随着能源紧缺与环境污染问题的日益严重,太阳能的开发利用越来越受到重视,其中非晶硅薄膜太阳能电池由于其制备工艺简单、价格低廉等优点被广泛地研究。为了使非晶硅薄膜太阳能电池得到更好地利用,提高其转换效率和稳定性显得尤为重要。引入复合背电极是提高非晶硅太阳能电池性能的有效手段,其中对GZO/Al复合背电极的研究还未见报道。在该工作中,利用磁控溅射法在非晶硅电池上制备了GZO/Al复合背电极,研究了复合背电极的制备条件及其对非晶硅太阳能电池性能的影响。结果显示,当GZO层的溅射功率为90 W、Al层的溅射功率为90 W时,具有复合背电极的太阳能电池表现出较好的光电转换性能,其短路电流(I_(SC))、开路电压(V_(OC))、填充因子(FF)和电池的光电转换效率(η)分别为8.92 m A、1.55 V、54.48%和7.53%。相较于单层Al背电极的太阳能电池,其光电转换效率大幅提高了47.6%(相对效率)。

溅射时间对GZO薄膜光电性能的影响

采用射频磁控溅射法在普通玻璃衬底上制备了Ga_2O_3含量为3wt.%的掺镓氧化锌透明导电薄膜(GZO)。通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、四探针测试仪、台阶仪、UV-Vis-NIR3600型紫外-可见分光光度计研究了溅射时间对薄膜结构、表面形貌及光电性能的影响。结果表明,溅射时间为40 min时制备的GZO薄膜的光电综合性能最好,可见光区透过率峰值86%,方阻为16.4Ω/□,电阻率为1.18×10-3Ω·cm,性能指数ΦTC为4.73×10^(-3)Ω-1;随着溅射时间增加,薄膜光学带系从3.69 e V减少到3.56 e V。在溅射时间60 min时结晶度最高,方块电阻为9.0Ω/□,电阻率最低为9.7×10-4Ω·cm,可见光透过率峰值为81%。

GZO陶瓷的拉曼光谱研究

采用固相烧结方法制备了纯ZnO陶瓷及GZO(Ga:ZnO)陶瓷。借助拉曼光谱和X射线衍射分别对ZnO陶瓷和不同掺Ga含量的GZO陶瓷进行了测量与分析。结果表明:GZO陶瓷均保持六角纤锌矿结构,在98cm-1,437cm-1处分别出现ZnO的特征峰E2(low)和E2(high);比之纯ZnO陶瓷,在GZO陶瓷的拉曼光谱中出现了位于584cm-1以及631cm-1附近的新峰,位于1148cm-1附近的E1(LO)的倍频模随着Ga掺杂浓度的提高也发生了一些变化。对新峰的振动模归属以及掺杂后原有峰的变化进行了讨论,其中将位于631cm-1附近的拉曼峰,归因于Ga替代Zn位与O成键的局域振动模式(LVMGa-O)。

AgO_x界面插入层对GZO电极LED器件性能的影响

采用磁控溅射的方法在p-GaN上制备了GZO透明导电薄膜,通过在p-GaN和GZO界面之间插入AgOx薄层来改善LED器件的接触性能。研究结果表明:氮气退火后,采用界面插入层的AgOx/GZO薄膜电阻率为5.8×10-4Ω.cm,在可见光的透过率超过80%。AgOx界面插入层有效地降低了GZO与p-GaN之间的接触势垒,表现出良好的欧姆接触特性,同时使LED器件的光电性能获得了显著的提高。在50 mA的注入电流下,相比于常规的GZO电极LED器件,AgOx/GZO电极LED器件的正向电压由9.68 V降至6.92 V,而发光强度提高了13.5%。

Ga掺杂浓度对溶胶-凝胶法制备GZO薄膜光电性能的影响

采用溶胶-凝胶法在玻璃基片上制备掺镓氧化锌透明导电薄膜,用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外可见光分光光度计、霍尔效应仪等测试分别表征GZO薄膜的晶体结构、表面形貌、光电性能等,研究Ga掺杂量对GZO薄膜性能的影响。结果表明:所制备的GZO薄膜均为六方纤锌矿结构并有沿c轴择优生长趋势,随着Ga掺杂量的增加,薄膜透过率先增加再减小,当Ga掺杂量为4at%时透过率最高,可见光区平均透过率达97.4%,薄膜电阻率则随掺杂量增加而下降,在Ga掺杂量为5at%时达最小值7.62×10-3Ω·cm。

成型压力对GZO陶瓷靶材无压烧结致密化的影响

采用模压成型-无压烧结法制备Ga掺杂量为3wt%的氧化锌陶瓷靶材(ZnO∶Ga2O3=97∶3wt%).分析研究了成型压力对靶材致密度、物相组成、微观结构及烧结收缩变化率的影响.采用X射线衍射仪分析物相组成,扫描电镜观测烧结体断口形貌,用热膨胀仪分析试样烧结收缩曲线,阿基米德排水法测量试样密度.结果表明:成型压力对GZO靶材烧结时生成ZnGa2O4的固相反应有促进作用,并且当成型压力由120MPa提高到200MPa时,固相反应生成更多的ZnGa2O4尖晶石相导致GZO陶瓷烧结致密所需的温度也有所提高.成型压力为200MPa时靶材致密度最高,相对密度达93.54%TD.

热压烧结GZO陶瓷致密化与固相反应

以Ga_2O_3掺杂量(质量分数)为3%的ZnO-Ga_2O_3混合粉体为原料,采用热压烧结法制备GZO陶瓷。通过XRD、SEM、阿基米德排水法和四探针法对烧结试样的物相组成、显微结构、密度和电阻率等进行分析表征。结果表明:外加压力能有效降低GZO陶瓷烧结致密化温度;当外加压力为18 MPa时,随烧结温度升高,烧结体的密度和电导率增大;当烧结温度达1150℃时,烧结体密度和电导率达到最大值;但当烧结温度继续增大时,由于晶粒粗化和Zn元素挥发导致试样中气孔长大,试样致密度与导电性呈下降趋势。此外,ZnO-Ga_2O_3混合粉体在烧结温度较低时(1050℃),Ga_2O_3与ZnO固相反应生成ZnGa_2O_4立方尖晶石相;随着烧结温度升高,ZnGa_2O_4将与ZnO继续反应,生成与ZnO六方纤锌矿结构呈共格关系的复杂化合物ZnxGa_2O_(x+3),并且化合物化学式中x值随着烧结温度的升高而增加,化合物晶体结构逐渐接近ZnO六方纤锌矿结构。