磁控溅射制备掺铝氧化锌薄膜及其特性研究

论文摘要

掺铝氧化锌（AZO）薄膜是一种性能优良的透明导电薄膜,它的优点主要有:在可见光范围内有较高的透射率,较低的电阻率,无毒性,易刻蚀,化学性能稳定,材料来源丰富、价格便宜等。AZO膜在太阳能电池、液晶显示器、光电二极管、防静电等领域中,有着广泛的应用前景。因此,本论文就制备工艺对磁控溅射制备的AZO薄膜特性的影响,AZO与金属双层薄膜组成的透明导电薄膜的制备,以及AZO薄膜的化学腐蚀特性等方面展开研究。主要内容包括:首先,采用射频磁控溅射方法在玻璃基片上沉积AZO薄膜,研究溅射功率（250W到400W）对薄膜的结构、形貌和光电学性质的影响。结果表明,所有样品的均方根表面粗糙度均小于10 nm,表面平均颗粒尺寸在60到130 nm之间。载流子浓度随溅射功率的增加是先增加后减小,而迁移率是单调增加,电阻率则从250 W时的24.6×10-4Ωcm减小到400 W时的7.2×10-4Ωcm。其次,研究溅射过程中氧气流量（FO2）对制备的AZO薄膜特性的影响。XRD结果显示,当氧气浓度增加到0.5%时,（002）面衍射峰最强。当FO2为1.5 sccm时,可见光区的平均透射率有最大值（87.4%）。随着氧气流量的增加,载流子浓度和电阻率先减小后增大,迁移率是先增加后减小,在FO2为0.5 sccm时,迁移率有最大值8.4 cm2v-1s-1,电阻率最小为14.9×10-4Ωcm。然后,在固定厚度的AZO薄膜上溅射不同厚度的Ag或Cu薄膜,制备AZO/金属双层膜,研究双层薄膜的光电学性质。对于AZO/Ag双层膜系列,AZO薄膜的厚度为30 nm;当Ag薄膜层厚度从4.0 nm增加到12.0 nm时,样品在可见光区的透射率从83.7%减小到72.6%,方块电阻则从6.37减小到3.91Ω/sq。结果表明,AZO/Ag双层膜具有高的光学透射率和低的电阻率,是高质量的透明导电薄膜。最后,利用射频磁控溅射制备AZO薄膜,然后在常温下0.1%的盐酸水溶液中对薄膜进行化学腐蚀,系统研究了腐蚀时间长短对薄膜的表面形貌和光电学性质的影响。研究发现,薄膜表面的粗糙度和方块电阻随腐蚀时间的增加而增大;薄膜的光学透射率和反射率均随腐蚀时间的增加而减小。结果表明化学腐蚀后的薄膜可以应用在太阳能电池中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 中文文摘
• 目录
• 绪论
• 引言
• ZnO薄膜的基本性质
• Zno薄膜的基本制备方法
• Zno薄膜的研究历程和发展趋势
• ZnO薄膜的应用
• 本论文的研究内容
• 第一章 溅射功率对掺铝氧化锌薄膜光电学性质的影响
• 第一节 引言
• 第二节 实验过程
• 第三节 结果和讨论
• 第四节 本章小结
• 第二章 氧气流量对磁控溅射制备AZO薄膜特性的影响
• 第一节 引言
• 第二节 实验过程
• 第三节 结果与讨论
• 第四节 本章小结
• 第三章 磁控溅射制备的透明导电AZO/金属双层薄膜的特性研究
• 第一节 引言
• 第二节 实验过程
• 第三节 结果和讨论
• 第四节 本章小结
• 第四章 掺铝氧化锌薄膜在盐酸溶液中腐蚀后的特性研究
• 第一节 引言
• 第二节 实验过程
• 第三节 结果和讨论
• 第四节 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 个人简历