柔性衬底上沉积CdO透明导电薄膜的研究

摘要

透明导电薄膜是指在可见光范围内平均透过率达到75％以上，并且电阻率小于10-3Ω·cm的薄膜，研究最多的有In、Zn、Sb和Cd等的氧化物，也包括这些金属的多元氧化物薄膜材料。透明导电薄膜被广泛应用于太阳能电池、平面显示、薄膜晶体管(TFT)等领域，其中航空航天器和巡航导弹等也需用透明导电薄膜。在诸多透明导电薄膜中，CdO薄膜是一种立方晶系、直接带隙半导体，其禁带宽度为2.3eV，由于载流子浓度高、透过率高、成本低以及在室温状态下易沉积等特点而更广受关注。
　　 本文总结了目前研究的比较多的透明导电薄膜，并对各种生长技术和原理做了比较系统的论述。本论文在室温下采用射频磁控溅射，在PET柔性衬底和玻璃上制备了结晶取向性良好的CdO薄膜；利用X射线衍射仪、四探针，紫外-可见光谱仪、扫描电子显微镜等对CdO薄膜的结构性能、电学性能和光学性能进行了测试和分析；研究了氧气流量、衬底温度、溅射功率、溅射时间等各种工艺参数对CdO薄膜性能的影响；利用Al和Cd靶溅射时间的不同实现对Al2O3和CdO薄膜厚度的控制，实现调节双层增透膜从而提高透射率的作用，并研究不同厚度的Al2O3薄膜对CdO薄膜光学性能的影响；最终在良好电学性能的基础上提高了CdO薄膜在可见光波长范围内的透射率。
　　 研究结果表明：(1)CdO薄膜电阻率会随着氧气流量的增加先缓慢上升，达到15sccm时，电阻率急剧增大；(2)衬底加热使CdO薄膜的电阻率下降而透光率无显著变化；(3)随着溅射功率和溅射时间的增加，薄膜的方块电阻减小，但是透射率减小；(4)相对于单层CdO薄膜，Al2O3-CdO双层结构的透明导电薄膜的平均透光率得到了很大的提高；(5)保持CdO薄膜厚度不变，薄膜在各个波段的增透效果取决于Al2O3薄膜厚度，Al2O3薄膜厚度为55nm时双层膜在可见光范围内透光率最高，Al2O3薄膜厚度为82nm时双层膜在红外光范围内透光率最高。

目录

文摘

英文文摘

第1章 文献综述

1.1 引言

1.2 透明导电氧化物薄膜

1.2.1 氧化锡薄膜(TO)

1.2.2 掺锑的氧化锡薄膜(ATO)

1.2.3 掺氟的氧化锡薄膜(FTO)

1.2.4 氧化铟(In2O3)

1.2.5 掺锡的氧化铟(ITO)

1.2.6 掺铝的氧化锌薄膜(AZO)

1.2.7 其他的一些透明导电氧化物

1.3 透明导电氧化物的优缺点

1.4 CdO透明导电薄膜特点

1.5 CdO的性质

1.6 CdO薄膜的应用

1.6.1 CdO在光电器件方面的应用

1.6.2 CdO在气敏材料中的应用

1.6.3 CdO在太阳能电池的应用

1.7 CdO薄膜制备技术的简介

1.7.1 化学气相沉积(Chemical vapor deposition)

1.7.2 分子束外延(MBE)技术

1.7.3 激光沉积(PLD)

1.8 本课题研究意义及内容

第二章 磁控溅射成膜原理和工艺

2.1 磁控溅射法原理

2.2 射频反应磁控溅射法原理

2.2.1 射频辉光放电

2.2.2 射频反应磁控溅射原理

2.2.3 射频频反应磁控溅射系统

2.3 溅射成膜的特性

2.3.1 溅射过程

2.3.2 薄膜生长模式和形成过程

2.3.3 溅射机理

2.4 溅射的特点和应用

2.4.1 溅射的特点

2.4.2 溅射的应用

2.5 本章小结

第3章 磁控溅射制备氧化镉薄膜

3.1 射频磁控溅射CdO薄膜的制备

3.1.1 靶的制备

3.1.2 衬底准备和衬底清洗

3.2 CdO薄膜的制备过程

3.3 CdO薄膜的性能测试

3.3.1 薄膜结构的测试

3.3.2 薄膜光学性能的测试

3.3.3 薄膜表面形貌的测试

3.4 本章小结

第4章 生长参数对CdO薄膜的影响

4.1 CdO薄膜的制备

4.2 氧气流量对CdO薄膜性能的影响

4.2.1 氧气流量对CdO薄膜的结构和结晶取向影响

4.2.2 氧气流量对CdO薄膜厚度的影响

4.2.3 氧气流量对CdO薄膜电学性能的影响

4.2.4 氧气流量对CdO薄膜光学性能的影响

4.3 衬底温度对CdO薄膜性能的影响

4.3.1 衬底温度对CdO薄膜的结构和结晶取向影响

4.3.2 衬底温度对CdO薄膜表面形貌的影响

4.3.3 衬底温度对CdO薄膜电学性能的影响

4.3.4 衬底温度对CdO薄膜光学性能的影响

4.4 溅射功率对CdO薄膜性能的影响

4.4.1 溅射功率对CdO薄膜的结构和结晶取向影响

4.4.2 溅射功率对CdO薄膜电学性能的影响

4.4.3 溅射功率对CdO薄膜光学性能的影响

4.5 溅射时间对CdO薄膜性能的影响

4.5.1 溅射时间对CdO薄膜的结构和结晶取向影响

4.5.2 溅射时间对CdO薄膜电学性能的影响

4.5.3 溅射时间对CdO薄膜光学性能的影响

4.6 本章小结

第5章 CdO双层增透膜的制备与表征

5.1 引言

5.2 双层增透膜原理

5.3 试验过程

5.3.1 衬底的清洗和安装

5.3.2 薄膜的制备

5.4 室温下生长Al2O3-CdO双层增透膜的性能测试

5.4.1 Al2O3厚度对Al2O3-CdO双层增透膜结晶性能的影响

5.4.2 Al2O3厚度对Al2O3-CdO双层增透膜电学性能的影响

5.4.3 Al2O3厚度对Al2O3-CdO双层增透膜光学性能的影响

5.5 本章小结

第6章 结论

致谢

参考文献

附录