薄膜技术与工艺论文

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1、AZO薄膜光电性能的研究1.AZO薄膜的应用和发展及其主要性质作为新型太阳能电池窗口层应用的AZO薄膜，是性质优良的II-VI族掺杂宽带隙直接跃迁半导体材料，品体结构为六角纤锌矿，原料易得、廉价、无毒，性能稳定，是最具开发潜力的新型功能材料Z—。吃0薄膜还具有优异的光电性能，如低电阻率及可见光范围内的高透光率，被广泛应用于光电透明导电薄膜、太阳能电池电极、磁光、电光器件、压电器件、新型发光材料、缓冲层等领域〔1］。作为微掺铝的ZnO透明导电膜的研究工作最早开始于上世纪80年代初期，ChopraK.L等人最早报道了

2、利用乙酸锌和少量aicl3的混合溶液热喷涂的方法制备AZO薄膜［2］。国内近年來对AZO薄牍的制备工艺及性能研究也取得了一些显著的成果。屮科院金属研究所的闻立时和江健等人在国内较早的开始对吃0薄膜的研究工作，探讨了AZO薄膜制备过程中不同工艺参数对薄膜的组织结构和性能的影响［3］。淸华大学的付恩刚和庄大明等人通过中频交流磁控溅射法研究了制备工艺屮薄膜厚度、衬底温度以及氟分压对薄膜的红外反射性能的影响，对制备具有高红外反射率AZO薄膜的工艺提供了参考和依据⑷。工程物理研究院的杨晓峰、李强等人对AZO靶材的制备工艺进

3、行了研究［5］。中南大学的周宏明和易丹青等人研究了溶胶凝胶法制备AZO薄膜过程屮铝掺杂量和退火温度等工艺参数对薄膜的光电性能和微观结构的影响，且制备的AZO薄膜电阻率为3-2x10'3q・cm,可见光波长范围内平均透过率超过90%［6］。2.制备方法、原理、制备优势及其仪器介绍AZO薄膜的制备方法有很多种，如磁控溅射法、溶胶-凝胶法、电子束蒸发法、脉冲激光沉积法、分子束外延法、原子层沉积法等，本实验设计采用磁控溅射的方法。磁控溅射是指用高能粒子轰击固体靶材衣而，使得固体衣而的原子和分子与入射的高能粒子交换动能，从

4、而从固体表面飞溅出來的现象。溅射出來的原子或原子团由于与高能粒子交换了动能，因此具冇一定的能最，可以重新凝聚,沉积在固体基片表ifii上形成薄膜。溅射法制备薄膜通常是利用气体放电电离后产生的正离子在电场作用下高速轰击阴极靶材，将阴极靶材的原子或分子击出，溅射到被镀基片农面沉积成薄膜。在实际应用中，-•般在溅射中加入磁场，通过磁场來改变电子的运动方向，以此束缚和延长以提高了电子对工作气体离化的儿率，使得轰击靶材的高能离子増多和轰击基片的高能电子减少，电子的能量可以冇效的得到利用。相对贯它制备薄膜的方法，磁控溅射法冇

5、很多优势，如可以低温制备、沉积速率快、沉积过程和参数易于调节控制、衬底和薄膜的黏附性好，对靶材的儿何形状没有设计上的限制，镀膜均匀性良好，儿乎所冇金属、合金和陶瓷材料都可以用来做靶材，适宜大规模生产等⑺。磁控溅射主耍有两种，包括直流磁控溅射和射频磁控溅射。直流溅射的放电需耍依靠离子轰击靶材产生的二次电子來维持，所以二次电子必须具冇足够的能量來离化溅射离子，这就需要在靶和衬底间加一个离电压用來加速二次电子來增加它的能量。因而，直流溅射只能溅射良导体，而不能制备绝缘介质膜。射频溅射是在镀膜装置的两极Z间加上一个高频电

6、场，等离子体中的电子容易在射频电场中吸收能量并在电场中振荡，使得电子与气体粒子的的碰撞儿率大大增加，从而提高气体的电离儿率。射频溅射中，等离子体内的电子和离子在高频电场的作用下交替地向靶极移动，因此，射频溅射可以沉积包押i导体、半导体以及绝缘体在内的儿乎所有材料，并且由丁其气体的离化率很大，溅射可以在0.IPa甚至更低的气压下进行⑻。实骑所用的溅射镀膜装置的主婆部分包括：a.真空系统：由真空室,进气口,排气口和捕气系统（分子泵、机械泵）构成。其中电磁阀的作用是防止机械泵内的油冋流。b.电源控制装¥i.：III进口

7、的电源与电源匹配器组成。用來调节射频功率。c.控制装凰：配备彳j测真空压力的电阻规与电离规，可测真空度量级10-5,另外还有流量控制器和衬底加热装趕。d.溅射装置：溅射装置由载有衬底的运动小车和溅射靶材构成，其中靶基距固立为75mm。下图为AZO溅射號室结构示意图：Q21.实验条件及实验步骤在同一溅射压强、溅射功率的条件下，研究不同的基底温度对射频磁控溅射制备AZO（厚度为500nm）薄膜的光电等性能的影响;溅射AZO靶材时，靶材和基片距离6cm,10分钟预溅射,溅射压强为0.25帕，溅射功率130w,本底真空度

8、4.OxlO'帕，基底温度分别为200、300、400摄氏度，氮气流量为40sccm。实验前首先将基底用微波清洗酒精擦干净后，准备好样品放直在托盘上，将托盘放置在转动盘上，然后密闭实验仪器，打开磁控溅射电源和循环水，关闭进气II与出气II。启动机械泵对真空室预抽真空，之后启动分了泵闸板阀开至最人，使溅射腔室中木底真空度达到l0'4Pa数量级。打开进气口阀门,打开Ar气瓶阀