Resistivity Stability of Ga Doped ZnO Thin Films with Heat Treatment in Air and Oxygen Atmospheres

The effect of annealing in air and oxygen on structural, electrical and optical properties of gallium doped ZnO thin films was investigated. The X-ray diffraction patterns showed that the films were highly preferentially oriented along (002) plane. After the heat treatment in air and oxygen environments, the intensity of (002) peak was apparently improved. It was found that heat treatment in air atmospheres lead to increase in surface roughness of the film. The GZO films annealed in oxygen at 673 K exhibited low resistivity of 4.21 × 10–3 Ω.cm, while the resistivity of film annealed in air showed a slightly higher value of 7.14 × 10–3 Ω.cm. In addition to this, all films have good optical transmittance about 80% in the visible region. It is found from the photoluminescence studies that the broad visible emissions in GZO films originated from the intrinsic shallow traps (VZn) and deep level vacancies (ZZi, OZn and Vo)

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%.

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)。

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。

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。

衬底温度调制生长GZO薄膜的性能研究

利用射频磁控溅射法在石英玻璃衬底上制备ZnO∶Ga透明导电氧化物薄膜,主要研究了一种类调制掺杂工艺对GZO薄膜的薄膜形貌结构和光电性能的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-VIS-NIR)和四探针测试仪对GZO薄膜进行表征。结果表明:不同的衬底温度调制下生长的GZO薄膜都具有明显的c轴择优取向,对于衬底温度调制条件下,在150℃/RT条件下的薄膜结晶最好,且在可见近红外波段(480~1600 nm)平均透过率达到85.4%左右,薄膜最低方阻达到60Ω/□。

退火处理对磁控溅射制备Ga掺杂ZnO薄膜性能的影响

采用磁控溅射法在普通玻璃上制备了Ga掺杂ZnO(GZO)薄膜,研究了退火处理对GZO薄膜组织结构、表面形貌及光电性能的影响,并利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、紫外分光光度计、四探针测试仪等对GZO薄膜的表面形貌、晶体结构、透光率及电阻率等进行测量与表征。结果表明:400~800℃退火对GZO薄膜的生长方式影响较小,所制薄膜均在(002)晶向沿c轴择优取向,退火温度对薄膜表面形貌影响较大,退火温度为600℃时,薄膜表面致密、平整,结晶质量最好,薄膜的透光率超过95%,电阻率最低为4.9×10^(-4)?·cm。

PI柔性衬底上Ga掺杂ZnO透明导电薄膜的常温制备及特性研究

采用射频(RF)磁控溅射技术在室温条件下制备了基于柔性PI衬底上不同氧化镓(Ga_2O_3)掺杂浓度的ZnO(GZO)薄膜。研究发现,在Ga_2O_3掺杂浓度为5%(质量比)情况下,制备的GZO薄膜具有最优化的光电特性,其对应电阻率为5.85×10^(-4)Ω·cm,Hall迁移率为14.6 cm^2·V^(-1)·s^(-1),载流子浓度为7.33×1020cm^(-3),可见光区平均透过率为86.5%。经过1000次弯折测试后,垂直于折痕方向的电阻明显增大,而平行于折痕方向的电阻变化相对较小。基于以上结果,可以得出所制备的GZO薄膜具备优异的光电特性,有望应用于各种柔性光电设备。

氧化锌镓薄膜的制备技术和研究现状

介绍了制备GZO薄膜的各种方法,如磁控溅射法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法、喷雾热解法;阐述了这些方法的镀膜原理,并比较了各种工艺的优缺点。综述了GZO薄膜在单层膜领域、复合多层膜领域有机物基底上镀膜领域和薄膜后续退火处理领域的研究现状。提出了产业化过程中需要解决的问题:①制备高密度、高溅射稳定性和导电性优良的靶材;②完善现有镀膜工艺条件;③制备符合不同生产要求的薄膜。

氧氩比对镓掺杂氧化锌薄膜晶体管性能的影响

在室温条件下使用射频磁控溅射设备在100 nm热氧化SiO_(2)上沉积镓掺杂氧化锌(GZO)薄膜,并制备成薄膜晶体管器件.研究薄膜沉积过程中氧氩比对GZO薄膜及器件的影响.使用紫外可见分光光度计表征薄膜的光学特性,通过扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察薄膜的表面形貌.实验结果表明,不同氧氩比条件沉积的GZO薄膜在可见光区的平均透过率均在90%以上.合适的氧氩比可以降低氧空位缺陷,使薄膜的陷阱态密度最小,当氧氩比为10∶90时GZO器件的电学性能达到最佳,迁移率为0.82 cm^(2)/Vs,阈值电压为5.01 V,亚阈值摆幅为2.51 V/dec,开关电流比达到1.27×10^(7).

利用椭偏仪研究氢气退火处理对ZnO-Ga薄膜光学性能的影响（英文）

通过溶胶凝胶技术制备了不同Ga掺杂含量的Zn O透明导电薄膜,研究了Ga掺杂对GZO薄膜结构、电学及光学性能的影响.从X射线衍射光谱分析,所有薄膜均表现为六方纤锌矿结构,经过氢气退火处理之后,薄膜的电学性能均得到提高,当Ga掺杂含量为5 at%时,得到薄膜的电阻率为3.410×10^-3Ω·cm.利用可变入射角椭圆偏振光谱仪（VASE）在270-1 600 nm波长范围内研究了GZO薄膜折射率和消光系数的变化,采用双振子模型对实验数据进行拟合.

沉积温度对GZO透明导电薄膜结构和性能的影响

利用射频磁控溅射技术在玻璃基片上制备了镓掺杂氧化锌(GZO)透明导电薄膜,研究了沉积温度对GZO薄膜的结构、光学和电学性能的影响。结果表明:所制GZO薄膜具有(002)择优取向的六角纤锌矿结构,其折射率表现为正常色散特性,随着沉积温度的升高,所制薄膜的可见光区平均透过率单调增加,电阻率先减小后增大,晶粒尺寸和品质因数先增大后减小。当沉积温度为400℃时,所制GZO薄膜的晶粒尺寸最大(75.5 nm)、电阻率最低(1.27×10–3?·cm)、品质因数最高(699.2 S/cm),具有最佳的光电综合性能。