磁控溅射制备SnO2:F薄膜及其透明导电性能研究

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透明导电氧化物(TCO)薄膜是一种同时拥有优异的导电性能与可见光区的高透光性的功能薄膜材料。由于这种特殊性质,透明导电薄膜被广泛的应用于发光二极管、平板显示器、薄膜太阳能电池、电子玻璃等领域。在不同的透明导电薄膜材料中,SnO2:F(FTO)薄膜因为具有无毒、稳定性高、原料价格便宜等优点得到了广泛的关注。目前制备FTO薄膜的方法主要以喷雾热解法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法等化学方法为主,而关于利用磁控溅射法制备FTO薄膜的研究则少有报道。本文采用射频磁控溅射法分别在纯氩及混合气氛下在普通钙钠玻璃上制备了FTO薄膜,并用霍尔测试仪、紫外-可见分光光度计等测试仪器进行表征。分别研究了纯氩气氛下溅射功率、气压和基体温度对FTO薄膜光电性能的影响;氩氧气氛下氧气流量及氩氢气氛下氢气流量、溅射功率、溅射气压和溅射时间分别对FTO薄膜光电性能的影响。本文还对FTO薄膜进行了退火处理,研究了退火气氛、温度及时间对FTO薄膜光电性能的影响。研究表明,在纯氩与氢氩气氛下,基体温度、溅射功率和溅射气压对FTO薄膜性能影响都与薄膜结晶性和薄膜中施主缺陷的浓度有关。在溅射过程中通入适量H2能提高FTO薄膜内部氧空位的含量,从而有效降低FTO薄膜电阻率。但是通入过量H2会使FTO薄膜的结晶性变差并在薄膜中生成SnO相,从而恶化FTO薄膜光电性能。研究发现,在H2流量为3Sccm时,基体温度为150℃,溅射功率为90W时,FTO薄膜电阻率降至最低1.09×10-2·cm,载流子浓度和霍尔迁移分别为8.63×1019cm-3和6.64cm2/V·s,平均透光率达到91%。FTO薄膜的退火实验发现,在大气、氢氩混合气氛、真空气氛下退火的FTO薄膜电阻率随退火温度的增加而降低,其变化趋势也存在差异,这与FTO薄膜晶界内吸附氧含量有关。
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