Al掺杂ZnO薄膜制备工艺研究

论文摘要

Al掺杂ZnO薄膜（AZO）是一种新型的透明导电薄膜,具有广泛应用前景。采用高密度AZO靶材用RF磁控溅射法在玻璃衬底上制备出AZO薄膜样品,研究了镀膜时间、靶衬距、Ar气压强、溅射功率、衬底温度等制备工艺对薄膜的电阻率、透过率及薄膜结构的影响,并进一步优化工艺参数,制备出性能优良的AZO薄膜;针对AZO薄膜性能上和应用中存在的问题,从复合薄膜的角度对膜系进行了一些改进尝试。具体如下:1、氩气压强小于0.8Pa时方阻在10--20Ω/□范围内,变化很小;当压强增大到0.8Pa以后,方阻迅速增大到96Ω/□。同时随着氩气压强增大,可见光透过率呈线性下降趋势。在0.3-0.6Pa的氩气压强范围内,薄膜综合性能较好。2、电阻率随溅射功率增大呈减小趋势,功率从100W增加到200W时,从10-3Ω?cm降低到10-4Ω·cm量级,之后趋于饱和。同时薄膜透过率、紫外吸收区受溅射功率影响都较小。可以确定在200-300W范围内,是较佳的功率范围。3、电阻率在靶衬距从38mm增加到45mm时逐步下降,当靶衬距继续增大后电阻率开始逐步上升。薄膜透过率也随靶衬距的增大呈下降趋势,在38mm靶衬距时可见光透过率只有74%。4、提高衬底温度可以提高沉积粒子的成膜活性,优化薄膜结构,减少界面缺陷,改善薄膜的光电性能。但过高的温度,反而使薄膜晶向变差,薄膜性能降低。本组实验中,衬底温度在400--450℃范围内,薄膜具有良好电学及光学性能。5、随镀膜时间增加,薄膜厚度线性增加,AZO薄膜电学特性改善。但是厚度继续增加,薄膜晶体结构反而恶化,电阻率升高。在本组实验中,30min时的样品具有良好的导电性。随镀膜时间的增加,薄膜的透过率呈下降趋势。6、综上所述,选定工艺参数在溅射功率为300W、衬底温度为200℃、靶衬距为45mm、工作气压为0.3Pa、镀膜30min时,获得电阻率为2.3×10-4Ω.cm,透过率为81%的AZO薄膜样品,综合性能良好。7、针对AZO薄膜抗功能衰退性等问题,尝试了在AZO薄膜上加镀ITO覆盖层的工艺,所制备的AZO复合薄膜电阻率显著下降,一般为10-4Ω.cm量级。同时,针对AZO与玻璃衬底之间晶格匹配的问题,进行了加镀ZnO过渡层的实验,结果表明薄膜结构得以优化,证明了其可行性

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 铝掺杂氧化锌（AZO）薄膜的基本性质及应用
• 1.1.1 AZO 薄膜的组织结构
• 1.1.2 与ITO 薄膜相比AZO 薄膜的应用优势
• 1.1.3 AZO 薄膜的应用范围
• 1.2 AZO 薄膜的研究现状
• 1.2.1 AZO 薄膜在国外的研究现状
• 1.2.2 AZO 薄膜在国内的研究现状
• 1.3 问题的提出及本文研究的内容
• 1.3.1 问题的提出
• 1.3.2 本文研究内容
• 第二章 AZO 薄膜的制备及测试
• 2.1 AZO 薄膜的制备方法
• 2.1.1 磁控溅射镀膜技术
• 2.1.2 本实验中所采用的射频磁控溅射镀膜镀膜装置
• 2.2 薄膜制备过程
• 2.2.1 实验工艺参数
• 2.2.2 实验准备
• 2.2.3 实验过程
• 2.3 AZO 薄膜样品表征方法
• 第三章 AZO 薄膜的制备工艺及薄膜特性研究
• 3.1 AZO 薄膜的导电透明机理
• 3.1.1 AZO 薄膜的导电机理
• 3.1.2 AZO 薄膜光学特性
• 3.2 AZO 薄膜制备工艺研究
• 3.2.1 Ar 气压强对AZO 薄膜特性的影响
• 3.2.1.1 Ar 气压强工作气压对电学特性的影响
• 3.2.1.2 Ar 气压强对AZO 薄膜光学特性的影响
• 3.2.2 溅射功率对AZO 薄膜特性的影响
• 3.2.2.1 溅射功率对AZO 薄膜电学特性的影响
• 3.2.2.2 溅射功率对AZO 薄膜光学特性的影响
• 3.2.3 靶衬距对AZO 薄膜特性的影响
• 3.2.3.1 靶衬距对AZO 薄膜电学特性的影响
• 3.2.3.2 靶衬距对AZO 薄膜光学特性的影响
• 3.2.4 衬底温度对AZO 薄膜特性的影响
• 3.2.4.1 衬底温度对AZO 薄膜电学特性的影响
• 3.2.4.2 衬底温度对AZO 薄膜光学特性的影响
• 3.2.5 镀膜时间对AZO 薄膜特性的影响
• 3.2.5.1 镀膜时间对AZO 薄膜电学特性的影响
• 3.2.5.2 镀膜时间对薄膜AZO 光学特性的影响
• 3.3 优化工艺参数制备性能优良的AZO 薄膜
• 3.4 本章小结
• 第四章 AZO 复合薄膜的工艺研究
• 4.1 增加ITO 覆盖层的AZO 的复合透明导电薄膜的制备
• 4.2 增加ZNO 过渡层的AZO 的复合透明导电薄膜的制备
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录