射频溅射法制备透明导电陶瓷薄膜

摘要

本文首先回顾了透明导电薄膜的发展历程，指出ZAO(氧化锌铝)薄膜是新一代透明导电薄膜，并讨论其性能优点及一般制备方法。在此基础上本课题利用射频磁控溅射的方法制备ZAO薄膜。 在研究的开始，首先对用于溅射的ZAO靶材进行了制备，并成功地烧制出ZAO靶材，积累了一定经验。靶材烧结温度为1300℃。升温过程中，在600℃处保温两小时.在测试中，使用SEM和XRD考察ZAO靶材的性能。在研制靶材的过程中，合理地制定升温曲线，对于靶材烧结的好坏有重要作用。 研究中利用自制的ZAO靶材进行了射频溅射，在玻璃基体上制备出了ZAO透明导电陶瓷薄膜。实验中分别探索了氩气压强、基体温度、溅射时间、溅射功率、退火温度这五个工艺条件对ZAO薄膜性能的影响。对制得的样品进行了方阻、可见光透过率的测试，并使用AFM、XRD对样品进行的表面形貌测试和结晶测试。 实验中发现溅射时间和溅射功率的增加有助于降低ZAO薄膜的方阻，同时对薄膜的透过率也有一定影响。提高基体温度和退火温度都有助于降低ZAO薄膜的方阻，其中提高基体温度对于降低薄膜方阻，更为有效，但当基体温度和退火温度较高时，ZAO薄膜透光率会下降。氩气压强为0.75Pa下制备的ZAO薄膜方阻最低，随着氩气压强的提高，ZAO薄膜的可见光透过率提高。 当基体温度为450℃时，ZAO薄膜出现颗粒减小、晶粒长大的现象。文中解释了这种现象对ZAO薄膜方阻影响的机理。 ZAO薄膜样品的可见光平均透过率大都基本上在80％以上，最高可达达到88.58％。ZAO薄膜的方阻最高可达到8.915Ω/□。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1透明导电薄膜的发展历程

1.2 ZAO透明导电陶瓷薄膜

1.3 ZAO透明导电陶瓷薄膜的应用

1.3.1太阳能电池方面的应用

1.3.2平板显示器方面的应用

1.3.3气敏元件方面的应用

1.3.4电磁屏蔽方面的应用

1.3.5热阻挡层方面的应用

1.4本课题研究内容

第二章薄膜制备方法及ZnO晶体

2.1ZAO薄膜的制备方法及射频制备原理

2.1.1ZAO薄膜的制备方法

2.1.2射频溅射镀膜原理

2.2ZnO晶体

2.2.1ZnO晶体结构

2.2.2一般ZnO薄膜简介

第三章ZAO陶瓷靶材的制备及性能测试

3.1一般的先进陶瓷制备方法讨论

3.1.1粉体制备

3.1.2成型

3.1.3烧结

3.1.4精加工

3.2关于陶瓷烧结的理论

3.2.1陶瓷烧结过程

3.2.2陶瓷制度

3.3 ZAO靶材的制备

3.3.1选料

3.3.2配料

3.3.3球磨、干燥

3.3.4造粒

3.3.5干压

3.3.6冷等静压

3.3.7烧结

3.3.8机械加工

3.4 PVA(聚乙烯醇)及升温曲线的确定

3.4.1 PVA

3.4.2 PVA的差热分析

3.4.3升温曲线的最终确定

3.5 ZAO陶瓷靶材性能分析

3.5.1 ZAO陶瓷靶材SEM分析

3.5.2 ZAO靶材XRD分析

第四章 玻璃基体上制备ZAO薄膜实验及表征手段

4.1实验设备及试剂

4.1.1实验设备

4.1.2实验试剂

4.2玻璃片上制备ZAO薄膜

4.2.1玻璃片的清洗

4.2.2射频溅射镀膜

4.3ZAO薄膜的性能表征手段

4.3.1 ZAO薄膜方阻测试

4.3.2 ZAO薄膜透过率测试

4.3.3ZAO薄膜AFM表面形貌测试

4.3.4 ZAO薄膜XRD测试

第五章 玻璃基体上制备ZAO透明导电陶瓷薄膜性能分析

5.1氩气压强对ZAO薄膜光电性能的影响

5.1.1氩气压强对ZAO薄膜方阻的影响

5.1.2 AFM表面粗糙度分析

5.1.3不同氩气压强下制备的ZAO薄膜的AFM三维立体图

5.1.4氩气压强对ZAO薄膜透光率的影响

5.1.5总结

5.2基体温度对ZAO薄膜性能的影响

5.2.1基体温度对ZAO薄膜方阻的影响

5.2.2 ZAO薄膜AFM表面分析

5.2.3不同基体温度下样品的XRD分析

5.2.4不同基体温度下的ZAO薄膜透过率分析

5.3射频溅射时间对ZAO薄膜性能的影响

5.3.1溅射时间对ZAO薄膜方阻的影响

5.3.2溅射时间对ZAO薄膜透光性能的影响

5.4溅射功率对ZAO薄膜性能的影响

5.4.1溅射功率对ZAO薄膜方阻的影响

5.4.2不同溅射功率下的AFM三维立体图

5.4.3溅射功率对ZAO薄膜透过率的影响

5.4.4小结

5.5退火温度对ZAO薄膜性能的影响

5.5.1退火对ZAO薄膜方阻的影响

5.5.2退火工艺与基体加温工艺对ZAO薄膜方阻影响的比较

5.5.3退火温度对ZAO薄膜透过率的影响

第六章总结及展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢