透明导电膜ZnO:Al(ZAO)的组织结构与特性

ＺｎＯ：Ａｌ（ＺＡＯ）是一种简并半导体氧化物薄膜材料，具有高的载流子浓度和大的光学禁带宽 度，因而具有优异的电学和光学性能，极具应用价值．对于其能级高度简并的ＺＡＯ半导体薄膜材料，在 较低的温度下，离化杂质散射占主导地位；在较高的温度下，晶格振动散射将成为主要的散射机制；晶界散 射仅当晶粒尺寸较小（与电子的平均自由程相当）时才起作用， 本文介绍了ＺＡＯ薄膜的制备方法、晶体 结构特性。

工作气压对磁控溅射ZAO薄膜性能的影响

工作气压在ZnO∶Al(ZAO)薄膜制备过程中是一个重要的工艺参数,直接决定着薄膜的性能。本文利用中频交流磁控溅射方法,采用氧化锌铝(ZnO与Al2O3的质量比为98∶2)陶瓷靶材,在基体温度为250℃,工作气压范围为0.2～8.0Pa条件下,制备了ZAO薄膜。利用X射线衍射仪和原子力显微镜对薄膜的结构和形貌进行了分析和观察,利用分光光度计和霍尔测试仪测量了薄膜的光学和电学性能,研究了制备薄膜时不同的工作气压(氩气压力PAr)对薄膜的结构、形貌、光学性能和电学性能的影响。结果表明:随着工作气压的增加,薄膜的电阻率先略有下降然后上升,相应地,载流子浓度和迁移率先略有上升然后下降,而可见光谱平均透过率保持在80%以上。当基体温度为250℃,氩气压力为0.8Pa时,薄膜的电阻率最低,为4.6×10-4Ω·cm,方块电阻为32Ω时,在范围为490～600nm的可见光谱内的平均透过率可达90.0%。

ZnO:Al(ZAO)透明导电薄膜的制备及其特性

笔者采用射频磁控溅射工艺、以氧化锌铝陶瓷靶为靶材制备透明导电ZAO薄膜,系统研究了各工艺参数,如氧流量、工作气压、温度、射频功率和退火条件等对其结构和光电特性的影响。实验结果表明:在纯氩气中且衬底温度为300℃时制备的ZAO薄膜经热处理后电阻率降至8.7104 W·cm,可见光透过率在85%以上。X射线衍射谱表明ZAO晶粒具有六角纤锌矿结构且呈c轴择优取向,晶粒垂直于衬底方向柱状生长。

基体温度对磁控溅射沉积ZAO薄膜性能的影响

利用中频交流磁控溅射方法 ,采用氧化锌铝陶瓷靶材 [w(ZnO) =98%、w(Al2 O3 ) =2 % ]制备了ZAO(ZnO∶Al)薄膜 ,观察了基体温度对ZAO薄膜的晶体结构、电学和光学性能的影响 ,采用X射线衍射仪对薄膜的结构进行了分析 ,采用光学分度计和电阻测试仪测量了薄膜的光学、电学特性 ,采用霍尔测试仪测量了薄膜的载流子浓度和霍尔迁移率。结果表明 :沉积薄膜时的基体温度对薄膜的结构、结晶状况、可见光透射率以及导电性有较大的影响。当基体温度为 2 5 0℃ ,Ar分压为 0 8Pa时 ,薄膜的最低电阻率为 4 6× 10 -4Ω·cm ,方块电阻为 35Ω时 ,可见光 (λ =5 5 0nm)透射率高达 92 0 %。

电子束蒸发沉积ZAO薄膜正交试验

采用电子束真空蒸发沉积薄膜的方法(EBED)制备了ZnO:A1(ZAO)透明导电薄膜。用正交试验法设计试验,并分析了制备ZAO薄膜的主要影响因素(沉积厚度、沉积速率、基片温度)对薄膜性能(透射率、电阻率)的作用。试验结果表明:采用EBED法沉积制备ZAO薄膜时,沉积速率控制为1nm/s、沉积厚度为800nm、基片温度为250℃,镀膜系统工作稳定,沉积薄膜的性能较好。

溶胶-凝胶法制备ZAO薄膜研究

研究了用溶胶-凝胶法制备ZAO薄膜的工艺、掺杂及其显微结构。用六水合氯化铝在溶胶中引入Al2O3。掺杂Al的含量为1%,3%,6%和9%。用浸涂法在石英玻璃基片上浸涂ZnAO薄膜,研究了热处理、掺杂对ZAO薄膜相组成和显微结构的影响。X射线衍射结果表明,衍射图谱中无Al2O3的衍射峰。随着掺杂量的变化,ZnO主要衍射峰的位置、晶面间距均发生了有规律的变化,说明Al掺杂进了ZnO晶格中。研究结果表明,溶胶浓度、Al掺杂量、热处理温度都影响薄膜的显微结构。当薄膜厚度较大时,热处理过程中ZnO晶粒呈现明显的择优生长现象。

透明导电ZnO:Al(ZAO)薄膜的结构及光电特性研究

ZAO薄膜是一种n型氧化物半导体材料,由于其大的载流子浓度和光学禁带宽度而表现出优良的光电特性。本实验采用射频磁控溅射工艺在无机玻璃衬底上制备ZAO薄膜,靶材为ZAO(3wt%Al2O3)陶瓷靶。系统研究了各工艺参数,如工作气压、射频功率、衬底温度和热处理条件对其结构和光电特性的影响。X射线衍射谱表明ZAO薄膜的(002)衍射峰的位置与纯ZnO晶体相比向低角度方向移动,薄膜中各晶粒具有六角纤锌矿晶体结构且呈c轴择优取向。原位制备的ZAO薄膜经热处理后电阻率降至7 5×10-4Ω·cm,可见光透过率在85%以上。

中频交流磁控溅射制备氧化锌铝(ZAO)薄膜的研究

利用两种中频交流磁控溅射电源,溅射Al2O3含量为2%的两块氧化锌铝陶瓷靶材,在不同衬底温度的条件下制备得到了ZAO薄膜。研究了不同衬底温度条件下不同靶材和溅射电源对ZAO薄膜结构、电学和光学性能的影响。结果表明,制备得到的ZAO薄膜均具有c轴择优取向生长的晶体结构,在衬底温度为240℃时,得到的ZAO薄膜的电阻率低至1.4×10-3Ω·cm,可见光平均透过率在82%以上。

基于磁控溅射技术的ZAO透明导电薄膜及靶材的研究

阐述用磁控溅射技术制备综合性能优良的ZAO透明导电薄膜及其靶材的发展现状和趋势。介绍了透明导电薄膜的基本性能及其存在的问题,进而重点阐述了ZAO薄膜的组织结构、导电机制和透光特性。由于其优良的光电特性(用掺杂Al2O3质量分数达3%的溅射靶材可制备电阻率达4.7×10-4Ω·cm、透射率超过90%的ZAO薄膜)而具有广泛的应用前景。并针对靶材的制备和利用磁控溅射技术制备ZAO透明导电薄膜过程中存在的问题及发展方向进行了分析讨论。

ZAO薄膜的光电特性与应用前景

综述了ZAO透明导电薄膜的光电特性及其导电机理、制备技术与研究现状,认为ZAO薄膜在平板显示、太阳能电池和低辐射器件领域具有广泛的应用前景,要达到工业应用还需对一些关键问题进行系统的研究。

柔性透明导电薄膜ZAO

随着电子器件向小型化和轻便化方向发展,柔性衬底的透明导电薄膜有望成为硬质衬底透明导电薄膜的更新换代产品,因此其研究备受关注。柔性透明导电薄膜ZAO具有优异的光电性能且资源丰富、成本低、对环境无污染,成为当前的研究热点。总结了近年来对柔性衬底材料处理的方法,介绍了柔性透明导电薄膜ZAO的结构和光电特性。评述了柔性ZAO薄膜的研究现状,并对其近期研究和应用工作做了展望。

ZAO薄膜的研究现状及发展趋势

针对目前ITO膜In、Sn等材料自然储量少、制备工艺复杂、有毒、稳定性差的缺点 ,提出了代替ITO膜的ZAO薄膜。从该膜的基本性能入手介绍了它的优点 。

直流磁控溅射制备ZAO透明导电薄膜及性能研究

运用直流磁控溅射法,采用ZAO陶瓷靶材(Al2O3相对含量2%(质量分数)),结合正交实验表通过改变制备工艺中的基片温度、溅射功率、氧流量百分比等参数,在普通玻璃衬底上制备得到ZnO∶Al(ZAO)透明导电薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、荧光分光光度计、四探针测试仪对样品的晶体结构、表面形貌、光电性能进行表征分析。通过正交分析法得出直流磁控溅射法制备ZAO薄膜的最佳组合工艺为基片温度200℃,溅射功率40W,氧流量百分比20%,退火温度400℃,获得薄膜样品最低方块电阻11Ω/□,薄膜具有最好的发光性能,适合作为薄膜太阳电池的透明导电电极。

ZAO透明导电薄膜微观结构和光电性能的研究

以ZnAl2O4陶瓷靶为靶材,采用射频磁控溅射法制备了掺铝氧化锌(ZAO)透明导电薄膜,通过XRD、SEM、四探针仪和分光光度计等测试,研究了沉积温度对薄膜结构、形貎、力学和光电性能的影响。结果表明:ZAO具有(002)择优取向的六角纤锌矿结构,沉积温度对薄膜性能具有明显影响,当温度位于370～400℃区间时,薄膜的结晶质量较好、电阻率较低、可见光波段的平均透射率较高,其品质因数大于1.20×10-2 S,具有良好的光电综合性能。同时基于透射光谱计算了ZAO薄膜的光学常数,并用有效单振子理论解释了薄膜的折射率色散关系。

溅射功率对磁控溅射ZnO∶Al(ZAO)薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射工艺,以高密度氧化锌铝陶瓷靶为靶材,衬底温度控制在室温,在玻璃基底上制备了透明导电ZnO∶Al（ZAO）薄膜.利用X 射线衍射仪（XRD）、原子力显微镜（AFM）、紫外G可见光谱仪和范德堡法,系统研究了不同溅射功率对薄膜的结构、形貌及光电特性的影响.结果表明,不同溅射功率对薄膜的光透射率影响不大,而对薄膜结晶和电学性能影响较大.XRD表明薄膜为良好的c 轴择优取向;可见光区（400-600nm）平均透过率达到85%以上;在120W 下沉积的薄膜电学性能达到了最佳.

掺铝氧化锌(ZAO)透明导电薄膜的研究进展

综述了掺铝氧化锌(ZAO)透明导电薄膜的国内外研究进展,光学性能与电学特性,各种制备方法及应用前景。重点介绍了溶胶-凝胶法制备ZAO薄膜的热处理条件、溶胶浓度、陈化时间、加水量以及稳定剂种类和用量等方面对薄膜结构和性能的影响,并提出了ZAO薄膜的研究关键以及今后的发展方向。

高导电性ZAO陶瓷靶材及薄膜的制备

用热等静压法烧结制备了高导电性ZAO(铝掺杂氧化锌)陶瓷靶材,并用直流磁控溅射法制备出ZAO透明导电薄膜。靶材的致密度达98.7%,电阻率为2.2?03·cm;制得薄膜的最低电阻率为9.3?04·cm,可见光平均透射率大于85%。浅析了靶材的组织结构及靶材的电学、力学性能和薄膜制备的主要实验参数对其光、电性能的影响。

气流场强度对直流磁控溅射ZAO薄膜性能的影响

用含2%Al的Zn/Al合金靶材,在不同气流场强度下使用直流反应磁控溅射法在玻璃衬底上制备了ZAO(ZnO∶Al)透明导电薄膜样品。定义气流场强度等于总气流量除以总气压。结果表明:气流场强度的大小对ZAO薄膜的表面形貌和电导率有较大影响,对可见光的透射率影响不大。在Ar气压强为0.3Pa,流量为22sccm,O2气压强为0.08Pa,流量为10sccm,气流场强度约为84sccm/Pa时制备ZAO薄膜的最低电阻率为4.2×10-4Ω.cm,可见光透射率为90%。

sol-gel法制备ZAO薄膜的结构与光学性能研究

采用溶胶–凝胶法在普通玻璃衬底上制备了ZAO（ZnO：Al）薄膜，利用XRD、SEM、紫外–可见光谱和光致发光光谱对所制备的AZO薄膜进行了表征，研究了ZAO薄膜的结构和光学性能。结果表明：ZAO薄膜的微晶晶相与ZnO一致，且具有c轴择优取向；ZAO薄膜在可见光区的透过率超过了88%，在350~575 nm范围内有强的发光带。随着Al掺杂量的增加，ZAO薄膜的禁带宽度变大，光吸收边出现蓝移，发射峰强度先变强后变弱；当摩尔比r（Al：Zn）为0.010时，ZAO薄膜的可见光透过率最高，达91%；发射峰强度达46.3。

靶材自制ZAO薄膜的制备与光电性能

采用传统陶瓷烧结工艺,制得性能良好的Al掺杂ZnO陶瓷靶。以此靶为溅射源,利用射频磁控溅射法制备ZAO薄膜,着重研究了400℃保温2 h重复退火次数对ZAO薄膜的组织结构及光电性能的影响。结果表明,随着重复退火次数的增加,薄膜晶体结构保持不变,薄膜结晶质量提高,但晶格尺寸逐渐变小;同时,随着退火次数增加,样品的平均透光率虽稍下降,但所有样品的透光率仍保持在80%以上,呈现良好的透光性;除经3次重复退火的样品外,退火使其它样品的紫外吸收边从375 nm附近移至360 nm左右;重复退火次数的增加使样品的电阻率先明显降低,再有较大的回升,之后又降低,当重复退火两次时,电阻率降至最低,为8.5×10-4Ω.cm。对上述现象、结果及机理进行了详细讨论。