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铝掺杂氧化锌(AZO)薄膜是典型的氧化锌材料。伴随着太阳能电池等新兴高技术行业的兴起,AZO薄膜展现出巨大的应用潜力,研究者对AZO的研究热情与日俱增。本文利用磁控溅射法,制备出了ZnO薄膜和AZO薄膜。对ZnO薄膜和AZO薄膜分别做了退火处理,研究了退火处理主要参数(温度、时间、气氛)对其晶体结构和光学、电学性能的影响;用NH4Cl水溶液作为刻蚀剂,对AZO薄膜做刻蚀处理,研究刻蚀参数对其表面形貌和光学、电学性能的影响;制备出了两种结构的AZO复合膜,研究了复合膜相关的结构、表面形貌、光学和电学性能。具体研究内容如下:
(1)采用直流磁控溅射法,以载玻片作为衬底,淀积出ZnO薄膜。在常压氢气气氛中,以不同温度对样品进行退火处理。研究了退火温度对ZnO晶体结构、光学和电学性能的影响。结果表明,随着退火温度的增加,ZnO晶体质量变好,样品的方块电阻降低,光透过率下降。在退火温度为500℃时,样品具有最佳综合光电性能,其在360~960nm波长范围内的平均透光率为76.35%,方块电阻为6.3kΩ/□。
(2)利用正交实验设计分析退火处理的主要参数:温度、时间、气氛对薄膜综合光电指数的影响程度,结果表明,重要性依次是:气氛、温度、时间。
(3)在NH4Cl水溶液中对AZO薄膜做刻蚀处理,分析刻蚀时间和NH4Cl质量百分比对薄膜表面形貌、光学和电学性能的影响。结论如下:随着刻蚀时间或NH4Cl质量百分比的增加,薄膜的光透过率下降,薄膜对光的散射能力增强,表面粗糙度增大,薄膜方块电阻增加。
(4)制备出了两种结构的AZO复合膜。一种是AZO/金属双层复合膜,另一种是AZO/金属/AZO三层复合膜。分别探讨了金属膜镀膜时间和金属膜材质对复合膜光学和电学的影响。结果表明,金属膜镀膜时间增加会使复合膜的方块电阻降低,光透过率降低。金属膜的电学性能和物理特性对复合膜的光透过率和方块电阻影响显著。同时还发现,相同厚度的金属膜在膜中的位置对复合膜光学和电学性能影响显著。