zno%3aal透明导电薄膜制备的研究

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1、ZnO：AI透明导电薄膜的制备研究摘要透明导电氧化物(TCO)薄膜以其高的透光率和低的电阻率，被广泛应用于太阳能电池、平板显示、特殊功能窗口以及其他光电器件领域。其中，氧化铟锡(ITO)是目前应用最广的TCO薄膜，但同时由于其价格昂贵且原材料In有毒，很大程度上限制了ITO薄膜的应用。而氧化锌(ZnO)具有原材料丰富、无毒，易光刻，在氢等离子体中的稳定性较好等优点，不仅具有高的透光率，而且掺杂后的ZnO具有良好的导电性。目前，ZnO已作为一种替代ITO薄膜的新型TCO薄膜而受到广泛的关注。目前，对铝掺杂氧化锌(ZnO：AI，简称AZO)的研究和开发已成为热

2、点。与硬质AZO薄膜相比，柔性AZO薄膜不但有与其相近的光电特性，又具有重量轻、不易碎、可弯曲、易于大面积生产、便于携带等独特的优点。这使得在电子器件向小型化、轻便化发展的方向上，在柔性衬底上沉积AZO薄膜已成为研究的热门课题。本文利用射频磁控溅射法分别在玻璃(硬质)和PET(柔性)衬底上制备了AZO薄膜，并进行实验测定和分析对比研究。主要内容有：1．针对不同衬底材料选择实验中的工艺参数。制备硬质AZO薄膜所选用的工艺参数有溅射功率、工作压强及衬底温度；制备柔性AZO薄膜所选用的工艺参数有溅射功率、工作压强及缓冲层沉积时间。2．在各工艺参数的范围内，分别利

3、用正交法设计参数组制备硬质AZO薄膜和柔性AZO薄膜。柔性AZO薄膜是在室温的条件下制备，并以沉积同质缓冲层的方法处理柔性衬底。3．分别用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、四探针测试仪以及紫外可见分光光度计测试分析薄膜的结构特性、表面形貌、电学特性及光学特性。4．对比了相同条件下制备的硬质AZO薄膜与柔性AZO薄膜的结构性能、表面形貌、电学性能及光学性能。实验结果为，Zn和Al以Zn2+和A13+的形式存在，Al的掺杂并没有改变ZnO的纤锌矿结构，掺杂后的薄膜同样具有[002]晶向的择优取向。其他条件相同的情况下，在溅射功率为180W、工作

4、压强为0．25Pa、衬底温度为200℃时制备的硬质AZO薄膜的光电性能最好，其性能参数分别为薄膜方阻为16．11D．／o，在可见光区的平均透光率达92％。室温下，在其他条件不变时，制备的柔性AZO薄膜在溅射功率为200W、工作压强为0．25Pa、同质缓冲层沉积时间为5min时获得最低方阻28．46D．／o，平均透光率达93％。实验结果分析表明，溅射功率、工作压强、衬底温度及缓冲层沉积时间对薄膜的性能具有非常重要的影响；与硬质AZO薄膜的方阻相比，柔性AZO薄膜的方阻略高，但其性能仍优于硬质AZO薄膜；沉积一定厚度的同质缓冲层，既可降低柔性AZO薄膜的方阻，

5、又不影响薄膜在可见光区的透光率。但同时也可以看出，沉积同质缓冲层的柔性AZO薄膜的电学性能仍然不及相同条件下制备的未沉积缓冲层的硬质AZO薄膜，这表明，柔性AZO薄膜还需进行更加深入的研究。关键词：AZO薄膜，射频磁控溅射法，缓冲层，方阻，透光率ⅡSTUDY0NTHEPREPAREDAlUMINUM．DOPEDZnOTRANSPARENTCoNDUCTIVETHINFILMSABSTRACTThetransparentconductiveoxide(TCO)thinfilmswithhi曲transmittanceandlowresistivityarew

6、idelyusedinsolarbattery，paneldisplay，filmingofwindowwithspecialfeaturesaswellasotherfieldsofoptoelectronicdevices．Amongthem，indiumtinoxide(ITO)thinfilmiSthemostwidelyusedtransparentconductiveoxidethinfilm．ButtheusageofIT0th．infilmiSaffectedbyitshighpriceandtoxicsubstancesIninrawma

7、terialswhichhasacertainimpactonthenaturalenvironmentandhumanhealth．Zincoxide(ZnO、lhasmanyadvantagessuchasabundantrawmaterials，non—toxic，easytolithography，goodstabilityinhydrogenplasma,anditnotonlyhashighlighttransmittance，butalsothedopedZn0hasgoodelectricalconductivity．Sofar．theZn

8、OthinfilmhasbecomethenewTC0filmas