室温下射频溅射制备AZO薄膜及其性能研究

摘要

同 ITO薄膜相比，铝掺杂氧化锌（AZO）薄膜由于具有可以媲美的光电性能，并且其具有原材料丰富、制备成本低、性价比高、无毒害作用、环境稳定性好、便于后期加工等优点，可以广泛应用于平板显示器、薄膜太阳能电池等重要领域，大有在未来取代 ITO薄膜在透明导电薄膜领域地位的趋势。近几十年来，关于AZO薄膜的制备工艺以及性能优化的研究，国内外的研究者已经做了大量的工作，同时也取得了很多成果。磁控溅射法具有操作简单、工艺稳定、镀膜均匀等突出优点，是制备AZO薄膜最常用和最成熟的方法。但是，在大多数关于用磁控溅射法制备 AZO薄膜的报道中，沉积 AZO薄膜都是要在高温下进行的，即在镀膜时要对基片加热，或者是在镀膜过程结束后对样品进行退火处理。如此一来，就限制了薄膜在柔性衬底和某些敏感的光阻材料等不能耐受高温的材料上的应用。
　　鉴于此，本论文对室温下采用磁控溅射法制备AZO薄膜进行了研究。采用射频溅射，使用Al掺杂量为2 wt％的AZO陶瓷靶材，普通载玻片作为基片，在室温下制备AZO薄膜样品。研究了多组参数对薄膜性能的影响，并引入性能指数作为衡量薄膜光电综合性能的指标。同时，提出了在基片和膜层之间使用SiO2薄膜作为缓冲层，对引入缓冲层前后样品的性能进行了对比，得出结论如下：
　　（1）在本论文所述的实验条件下，所制备的 AZO薄膜结晶性能良好，样品中的晶粒都是在（002）面择优取向生长的；
　　（2）经过各组样品的性能比对，得出的制备AZO薄膜的最佳工艺参数为：溅射功率300 W，工作气压0.25 Pa，沉积时间30 min。在最佳参数下沉积的薄膜，晶粒尺寸较大、结构完整，方块电阻为27.98Ω/□，可见光波段的平均透过率大于80%，性能指数ΦTC为4.32×10-3Ω-1；
　　（3）引入SiO2缓冲层可以大幅度地提高AZO薄膜的电学性能。所制备的薄膜样品相较于直接在载玻片上镀膜，其方块电阻值都大幅度减小。使用合适厚度 SiO2薄膜作为缓冲层，可以减少薄膜中的残余应力，还可以起到阻碍基片中的Na+进入到膜层中的作用，保证晶格的完整性，使薄膜的结晶性得到改善，晶粒尺寸变大。当缓冲层的厚度为30 nm时，薄膜的方块电阻值为14.12Ω/□，可见光的平均透过率接近82%，与直接在载玻片上沉积相比透过率变化很小，电阻率为9.6×10-4Ω.cm，计算所得的性能指数值为9.56×10-3Ω-1，该值已经优于室温下沉积的ITO薄膜。

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第1章 绪论

1.1透明导电薄膜

1.2 ZnO透明导电氧化物

1.3铝掺杂氧化锌（AZO）薄膜的性质和研究现状

1.4论文的研究意义

1.5论文的研究内容

第2章 AZO薄膜样品的制备及测试表征

2.1磁控溅射技术

2.2薄膜样品制备过程

2.3薄膜的生长

2.4薄膜的测试表征

2.5相关重要参数的计算

第3章 AZO薄膜的室温制备及性能优化

3.1背景介绍

3.2工作气压的影响

3.3溅射功率的影响

3.4沉积时间的影响

3.5本章小结

第4章 使用SiO2缓冲层时AZO薄膜的制备及性能优化

4.1 SiO2薄膜缓冲层的制备

4.2使用SiO2缓冲层后对薄膜性能的影响

4.3本章小结

第5章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文