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掺铝氧化锌(ZAO)薄膜由于其独特的光学和电学性能“透明、导电”而倍受人们的青睐。与In<,2>O<,3>:Sn(ITO)薄膜相比,ZAO薄膜具有原材料自然界储量丰富、易于制造、成本低廉、无毒、热稳定性和化学稳定性好等优点,因此,其必将成为新一代透明导电氧化物薄膜的代表。目前,ZAO薄膜没有形成商业化生产的主要原因是工业化大面积生产制备技术还不过关,制备工艺的可重复性、可靠性及成膜质量的均匀性都较差,人们还没有找出最佳的制备工艺参数。通过对ZAO薄膜制备技术及工艺的研究,分析制备工艺与ZAO薄膜组织结构及光、电性能的关系,探索稳定、可靠、可重复的最佳制备工艺,获得均匀的ZAO薄膜,实现ZAO薄膜的批量化生产,具有重要的生产应用价值和经济效益。
本文在综述国内外ZAO薄膜的研究发展概况基础上,采用制备实验研究与理论分析相结合的方法,从生产应用的角度出发,对ZAO薄膜的制备工艺及微观结构进行了较深入的研究。
在CSU-5001多功能磁控溅射仪上,采用直流磁控溅射制备技术进行ZAO薄膜的制备实验。用XRD、AFM、UV-VIS、椭偏仪、四探针测试仪等测试手段对制备的样品进行组织结构、光学和电学性能分析。得到ZAO薄膜具有(002)峰择优取向的ZnO纤锌矿晶体结构,A1的掺入没有形成Al<,2>O<,3>相;ZAO薄膜是由许多圆球状微晶组成,晶粒尺寸约为200nm左右,大小均匀,晶界清晰;在可见光区透射率为84.2%以上,电阻率最低为10<-5>Ω·cm。
从大量的制备ZAO薄膜实验数据中,分析直流磁控溅射制备工艺参数对ZAO薄膜性能的影响,总结出最佳制备工艺参数:靶基距为7cm,沉积工作压强保持为0.5Pa,然后调节氧氩分压比为1%,加热玻璃基片到200°C,以150W左右的溅射功率进行直流反应磁控溅射15min左右,最后在真空环境中退火处理l小时,退火温度为200°C。在最佳工艺条件下制备出的ZAO薄膜的主要性能为:膜厚在600nm左右,电阻率为9.62×10<-5>Ωcm,可见光区平均透射率为89.2%,光、电性能同时满足使用的需求。
本论文主要从薄膜的结构、载流子浓度和迁移率等几个方面分析了ZAO薄膜的电学、光学特性变化的机理,为进一步全面研究ZAO薄膜的制备、结构特性、电学特性和光学特性打下了坚实的基础,也对ZAO薄膜的实际应用具有积极意义。