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。

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。

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)。

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。

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%。

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。

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%。

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%。

溅射功率对镓掺杂氧化锌薄膜光电性能的影响

本文利用射频磁控溅射的方法首次制备了厚度小于200nm的低电阻率高透过率的镓掺杂ZnO(GZO)薄膜。研究了溅射功率的改变对GZO薄膜光电性能的影响。利用扫描电镜对薄膜的微观结构进行了观察,利用四探针测试仪、紫外-可见分光光度计对GZO薄膜的光电性能进行了测试。实验结果表明:薄膜电阻率随溅射功率增大而迅速下降,从46.6×10-2Ω·cm降低到2.5×10-2Ω·cm,随着溅射功率的增大,薄膜平均透过率在300～350nm范围内有所下降,其吸收宽度增加,但在350～380nm范围内增大,薄膜平均透过率均大于89%,计算显示GZO薄膜的禁带宽度随溅射功率的增加先增大后降低。电子形貌显示薄膜的微观结构由明显的粒子分离结构转变为连续分布状态。

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。

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。

射频磁控溅射法制备GZO:Ti薄膜的微结构及其光学性质

采用射频(RF)磁控溅射工艺于玻璃衬底沉积了镓钛共掺杂氧化锌(GZO:Ti)半导体薄膜,研究了沉积温度对薄膜微观结构和光学性质的影响。通过X射线衍射仪(XRD)和紫外分光光度计对其晶体结构和透射光谱特性进行表征,同时利用光谱拟合法获取了薄膜的光学常数。研究结果表明,所有薄膜均具备六角纤锌矿结构和c轴择优取向特性,沉积温度对薄膜的微结构参数、光学常数和光学带隙具有明显调控作用,当沉积温度为653K时,GZO:Ti薄膜的晶粒尺寸最大(82.12nm)、位错密度最低(1.48×10^(-4) nm^(-2))、微应变最小(0.001 4)、可见光区平均透射率最高(82.06%)及光学带隙值最大(3.57eV)。

透明导电薄膜ZnO:Ga与SnO_2:F的光、电和力学性能对比研究

采用磁控溅射的方法制备Ga掺杂的ZnO透明导电氧化物薄膜(GZO),并与商用F掺杂SnO2(FTO)透明导电氧化物薄膜的结构、光、电和力学性能进行系统的对比测量研究。通过数据的分析,发现GZO薄膜的方块电阻约为3Ω/sq,平均透过率高于80%(420～1000nm),平均硬度约为9GPa,临界载荷为76.2mN,比商用FTO薄膜具有更低的方块电阻、更好的光透过性、更高的材料硬度和膜基结合程度。