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本论文概述了铝掺杂氧化锌(ZAO)透明导电薄膜的性能、发展状况、应用前景以及制备方法。以ZnO和Al2O3粉末材料,制备了铝掺杂质量分数为2.5%的ZAO陶瓷靶,并详细地阐述了制靶过程,通过SEM和XRD对靶材进行分析,靶材表面光滑致密,孔隙很少,结晶良好。
使用射频溅射工艺在硅基底上沉积出有优良晶格结构、电学性能和光学性能的ZAO薄膜。通过四探针测试仪测试薄膜电阻,分光光度计测量薄膜的可见光吸收光谱,XRD分析薄膜晶体结构,AFM查看薄膜表面形貌和粗糙度。探讨了射频溅射工艺中基底温度(250℃-450℃),Ar气氛气压(0.5Pa-2.0Pa),溅射功率(100W-200W),溅射时间(1.5min-120min),真空退火(300℃-450℃退火90min)对薄膜方阻、可见光吸收率、结晶状况、表面形貌的影响,总结出如下结论:
1.基底温度的影响:在400℃以前随着基底温度升高,能够有效地提高薄膜的导电性能、光学性能和晶格结构,400℃之后,性能和结构提高有所减缓,400℃-450℃可认为是最适合的基底温度。
2.Ar气氛气压的影响:方阻先随Ar气压升高而降低,到达一个最低点后,随Ar气压升高而再逐渐升高。Ar气压变化中存在一个工作点(即0.75Pa),使得ZAO薄膜导电性能达到最佳。薄膜的光学性能和结晶情况都是随Ar气压的升高而有所改善。综合考虑,Ar气压在0.75Pa-1.0Pa之间,得到的薄膜光学和电学性能最佳。
3.溅射功率的影响:随溅射功率增加,薄膜的导电性加强、可见光吸收率下降、结晶程度优良,但变化不明显。不过由于陶瓷靶的脆性较大,所以溅射功率在100W-200W之间制得的薄膜比较理想。
4.溅射时间的影响:随溅射时间加长,方阻减小,但是可见光吸收率会增高,晶格缺陷增加。而时间过短,则基底表面还没有形成均匀薄膜,平整度低,晶粒较小,综合考虑,选择的溅射时间应该在30min-60min之间。
5.真空退火的影响:真空退火对薄膜的性能和结构都是良性影响,随着退火温度的升高,薄膜性能和结构获得明显的改善,并得到了所有实验中见光吸收率最低的,仅为9.5%。考虑到实际生产,选择的退火温度应该在400℃左右,退火时间为60min以上。