射频磁控溅射大尺寸zno%3aal薄膜生长工艺及性能的研究

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1、国内图书分类号：TQ171.6学校代码：10213国际图书分类号：31密级：公开工学硕士学位论文射频磁控溅射大尺寸ZnO:Al薄膜生长工艺及性能研究硕士研究生：张文杰导师：张化宇教授申请学位：工学硕士学科、专业：材料学所在单位：深圳研究生院答辩日期：2010年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TQ171.6U.D.C:31DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringGROWTHPROCESSESANDPROPERTIESOFLARGESIZEZnO:AlTHINFILM

2、SPREPAREDBYRADIOFREQUENCYMAGNETRONSPUTTERINGCandidate:ZhangWenjieSupervisor:Prof.HuayuZhangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MaterialsScienceAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:June,2010Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnolo

3、gy哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要透明导电薄膜（TCO）具有低的电阻率、可见光范围高的透射率，由于其独特的电学和光学特性，在众多领域得到了广泛的应用。相对于ITO材料，Al掺杂ZnO（AZO薄膜）透明导电薄膜原料来源丰富、价格低廉、无毒，而且在氢等离子体气氛中比ITO薄膜稳定的优点，是理想的透明氧化物材料。本课题采用射频磁控溅射方法，以ZnO:Al2O3（2wt%Al2O3）为靶材在大尺寸衬底玻璃（300×300mm）上制备ZnO:Al透明导电薄膜。利用扫描溅射模式在不同工艺条件下制备ZnO:Al薄膜，分析衬底基片上薄膜膜厚和电阻率的横

4、向分布，研究扫描溅射模式下制备薄膜的均匀性问题。在讨论薄膜均匀性基础上，研究溅射功率、衬底温度、工作气压对薄膜的沉积速率、组织结构、表面形貌、光学及电学性质的影响。利用X射线衍射仪、SEM、台阶仪、紫外可见光分光光度计、Hall效应自动测试仪对ZnO:Al薄膜的结构及光电性能进行表征。研究结果表明：扫描溅射模式下制备ZnO:Al薄膜均匀性良好，薄膜样品膜厚和电阻率在横向衬底基片上分布均匀。在不同溅射条件下，制备的ZnO:Al薄膜为六方铅锌矿多晶结构并沿c轴（002）垂直于衬底表面择优取向性生长。在不同的溅射功率条件制备的ZnO:Al薄膜，功

5、率增加，薄膜的沉积速率提高，薄膜的结构与光电性能改善明显，在1400W时取得最低电阻率为−31.006×10Ω⋅cm。不同温度变化参数条件下，衬底温度的增加，薄膜结晶性能变好，当衬底温度为280℃时，薄膜的光电性能最优，电阻率为−32.0224×10Ω⋅cm。在不同工作气压条件制备的ZnO:Al薄膜，随工作气压的增加，薄膜的结晶性能变差，电阻率先变小后增大，在0.5Pa时，薄膜的电阻率−3达到最低1.5045×10Ω⋅cm。衬底温度与工作气压对薄膜沉积速率的影响并不显著。制备的薄膜在可见光范围内的光学透过率均大于80%，带隙宽度均大于本征Z

6、nO的禁带宽度。-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文关键词射频磁控溅射；透明导电薄膜；ZnO:Al薄膜；光电性能-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTransparentconductivefilm(TCO)withlowresistivity,hightransparencyinvisiblerange,uniqueelectricalandopticalproperties,hasbeenwidelyusedinmanyfields.Asanidealtransparentconductivefilm,Al-doped

7、ZnO(AZOthinfilms)hasarichsourceofrawmaterialswhicharecheapandnon-toxic,andhasthemeritsofstabilityinanatmosphereofhydrogenplasmarelativetoITOfilms.Inthisstudy,ZnO:AlthinfilmswerepreparedbyRFmagnetronsputteringonbigsizeglasssubstrate(300×300mm)usingazincoxidetargetdopedwithA

8、l2O3(2wt%.).ThescanningsputteringmodewasusedtopreparetheZnO:Althinfilmsunderdifferentcond