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《低温磁控溅射有机衬底和玻璃衬底ZnOAl透明导电膜的结构.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、中 国 科 学 (A 辑)第31卷 第9期SCIENCEINCHINA(SeriesA)2001年9月低温磁控溅射有机衬底和玻璃衬底ZnO:Al3透明导电膜的结构及特性33郝晓涛 马 瑾 马洪磊 田茂华 曹宝成 叶丽娜(山东大学光电材料与器件研究所,济南250100)程传福 滕树云(山东师范大学物理系,济南250014)摘要 利用射频磁控溅射法在有机薄膜衬底和7059玻璃衬底上制备出了具有良好附着性的低电阻率的ZnO:Al透明导电膜,对在低温(25～210℃)下制备薄膜的结构和光电特性进行了比较研究.铝掺杂的氧化锌薄膜是多晶膜,具
2、有六角纤锌矿结-3-4构,最佳取向为(002)方向.薄膜的最低电阻率分别为1.0×10和8.4×10Ω·cm,在可见光区的平均透过率分别达到了72%和85%.关键词 有机衬底 ZnO:Al 透明导电膜近年来,氧化锌(ZnO)透明导电膜得到了非常广泛的研究.氧化锌薄膜相对于ITO和[1,2]SnO2而言,具有价格便宜,沉积温度相对较低和在氢气氛下更好的稳定性等优点.作为一种重要的光电子信息材料,氧化锌透明导电膜优良的光电特性使其在太阳能电池、液晶显示器、热反射镜等领域得到广泛的应用.铝掺杂的氧化锌透明导电膜在可见光区内具有高的透射率和
3、低的电阻率,尤其是其光学带[3,4]隙可以由铝掺杂的比例进行控制.有机薄膜衬底上制备的ZnO:Al透明导电膜具有可挠曲、重量轻、不易碎、易于大面积生产、便于运输和设备投资少等独特的优点.这种薄膜可广泛应用于制造柔性发光器件、塑料液晶显示器和柔性衬底非晶硅太阳能电池,可用作透明电磁屏蔽及触敏覆盖层等,还可作为透明隔热保温材料用于塑料大棚、汽车玻璃和民用建筑玻璃贴膜.[1,5,6]目前报道的柔性衬底ZnO:Al透明导电膜几乎都是用磁控溅射法制备得到的.由于在溅射过程中,溅射离子的能量较高,高能离子淀积在衬底上进行能量转换,产生较高的热能,
4、[7]使得溅射薄膜与衬底具有良好的附着力,而且溅射镀膜密度高,针孔少,薄膜性能良好.本文中采用射频磁控溅射的方法,在有机薄膜聚酰亚胺(polyimide,PI)衬底和玻璃衬底上低温制备出高质量的ZnO:Al透明导电膜,并对薄膜的结构特性、表面形貌和光电特性进行了比较研究.2001203221收稿,2001206222收修改稿3国家自然科学基金资助项目(批准号:69876025)33E2mail:haoxt@263.net©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsrese
5、rved.836中 国 科 学 (A 辑)第31卷1 实验薄膜是采用JG2PF3B型磁控溅射仪利用射频溅射的方法制备得到的,所用的射频频率为-313.5MHz.系统的基础真空为2×10Pa,溅射功率为100W.靶材是由纯度为99.99%的[5]ZnO和纯度为99.99%的Al2O3高温烧结而成,其中含Al2O3的重量比为3%.靶的直径为12cm,靶到衬底的距离为4cm.溅射所采用的气体是纯度为99.999%的氩气,氩气分压为1Pa.采用7059玻璃和有机聚合物薄膜2PI(聚酰亚胺)作为衬底同时进行溅射,在制备薄膜时衬底温度由2
6、5～210℃变化.利用X射线衍射谱研究样品的结构性质,薄膜的表面形貌是利用APHM20190型原子力显微镜(AFM)在接触模式下观察的.用SHIMADZUUV23000型分光光度计测量了样品的光学透过率.薄膜的厚度是用α2step250R型台阶仪测得的,薄膜的方块电阻是在室温下用SZ282型数字式四探针测试仪测量的.2 结果和讨论图1给出了7059玻璃衬底和聚酰亚胺衬底在不同温度下制备的ZnO:Al透明导电膜的X射线衍射谱.图中可以看到两种衬底上制备的薄膜,在2θ≈34.2°时都存在相应于(002)面的衍射峰,这些数值与标准的ZnO晶
7、体衍射峰位置(34.45°)非常接近,表明淀积薄膜是具有六角图1 玻璃衬底和聚酰亚胺衬底ZnO:Al透明导电膜的X射线衍射谱比较a)玻璃衬底Ts=90℃;(b)聚酰亚胺衬底Ts=90℃;(c)玻璃衬底Ts=150℃;(d)聚酰亚胺衬底Ts=150℃©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第9期郝晓涛等:低温磁控溅射有机衬底和玻璃衬底ZnO:Al透明导电膜的结构及特性837纤锌矿结构的多晶膜,在玻璃和聚酰亚胺衬底上生长的ZnO:Al薄膜的结构基本相同.
8、随着衬底温度的升高,衍射峰的强度增加,半高宽减小,说明薄膜的晶化程度随着衬底温度的升高而增强,晶粒增大.比较两图中衍射峰的相对强度,发现相同衬底温度下,玻璃衬底的薄膜明显高于聚酰亚胺衬底的薄膜.薄膜的平均晶粒大小可以根据
