Al掺杂ZnO薄膜的制备研究

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ZnO 是一种Ⅱ-Ⅵ族的宽禁带结构的多功能材料,为六角纤锌矿结构,具有优异的压电、光电、气敏、压敏等特性,近年来受到广泛关注。Al 掺杂的ZnO(Al-doped znO,简称 AZO)透明导电膜,作为一种重要的光电子信息材料也得到了广泛的研究,ZAO 薄膜除了具有与目前得到广泛应用的 ITO 薄膜可比拟的光学、电学性质外,还具有成本低、资源丰富、无毒性、高的热稳定性和化学稳定性等优势,是最有开发潜力的透明导电薄膜,在太阳能电池、液晶显示器、电磁防护屏等领域具有广阔的应用前景。本论文以高纯的 ZnO 粉体和 Al<,2>O<,3>粉体为原料,采用“模压成型+高温烧结”的优化工艺获得质量优良的ZnO系靶材,用射频溅射法在普通玻璃衬底上制备ZnO透明导电薄膜,并用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜 (AFM)、四探针测试仪、紫外一可见光分光仪等测试手段研究掺杂和非掺杂 ZnO 薄膜的结构与光电性能。 实验结果表明:以纯度为99.99%的ZnO粉体和 99.99%的 Al<,2>O<,3> 粉体为原材料,采用模压成型技术和优化的烧结工艺,制成了 ZnO 靶材和掺杂Al<,2>O<,3>质量分数为1%、2%、3%的氧化锌铝 (AZO) 复合靶材,其收缩率分别为 12.54%、12.22%、12.02%、11.90%,满足了实验用射频磁控溅射法制备 ZnO 系薄膜靶材的高致密度要求。 射频磁控溅射法制备 ZnO 系薄膜时,首先采用掺杂 Al<,2>O<,3> 质量分数为 1%自制AZO靶材为溅射靶,优化了射频磁控溅射制备ZnO系薄膜的工艺,在普通玻璃衬底上,成功制备了 AZO 薄膜,研究了主要溅射参数对薄膜的取向的影响规律。获得的最佳工艺条件为:本底真空 4×10<'-3>Pa、溅射工作压强 1.0Pa.、溅射功率200w、溅射时间60min、基片加热温度300℃。最后利用研究所得最佳工艺条件,制备了 ZnO 薄膜和 AZO 系薄膜,并比较了溅射靶材中 Al<,2>O<,3>质量分数对薄膜取向、表面形貌以及光电性能的影响。 利用 XRD、AFM、四探针测试仪、紫外—可见光分光仪等分析手段对制备的薄膜结构及性能研究表明:实验制备的 ZnO 系透明导电薄膜具有(002)面的择优生长取向,其中 Al 原子以替位式出现在晶格中,不存在相的分凝或析出现象;在最佳工艺条件下所制备的 ZnO 系薄膜的最低电阻率为 0.05Ω·cm,可见光透过率均在80%以上。
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