Al掺杂ZnO薄膜制备工艺研究

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10-3 降低到10-4 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。