反应溅射法制备高透明导电ZnO薄膜的研究

利用Zn/ZnO复合靶材,通过射频磁控溅射技术,在衬底温度为150℃时分别在Ar+O2和Ar+H2的混合气氛中制备ZnO薄膜,通过干涉显微镜、XRD、Hall效应测试仪、紫外-可见分光光度计研究了O2和H2流量对薄膜结构及透明导电性能的影响.结果发现,薄膜厚度随O2流量增加而明显增加而随H2流量增加呈下降趋势.只有通入合适流量的O2或H2,薄膜才能保持(002)择优取向、较高的结晶度以及较小的压应力,同时在薄膜中形成高浓度Vo和/或Hi等缺陷,因此有效降低ZnO薄膜的电阻率,并保持高的透光率,从而改善ZnO薄膜透明导电性能.当前研究中,当O2和H2流量分别为0.4 sccm和2.0 sccm时,得到的最低电阻率分别为6.33×10-3和2.51×10-3Ω·cm,平均透光率均大约为81.5;,相应的最高品质因子分别为1.04×10-3和1.29×10-3 Ω-1.     

ZnO:Al透明导电薄膜的制备及其特性分析

采用射频磁控溅射工艺在玻璃衬底上制备出c轴择优取向的ZnO:Al(AZO)透明导电薄膜,靶材为AZO(2;质量分数Al2O3)陶瓷靶.对在不同溅射功率下沉积出来的薄膜运用X射线衍射(XRD)、可见光区透射谱、四探针方法分别进行结构和光电特性的表征.得出在200W下沉积的膜性能最好,可见光区平均透过率达到89;以上,电阻率最低为9.3×10-4Ω·cm.     

反应磁控溅射制备AZO薄膜相结构的演化及机理研究

在室温下,利用直流反应磁控溅射技术在不同的氧气流量下沉积ZnO∶ Al (AZO)薄膜.采用XRD、SEM和TEM技术分析薄膜相成分、表面截面形貌及微观结构.结果表明:氧气流量为2.5 sccm时,沉积形成的薄膜为不透明具有金属导电性能的AZO/Zn( AZO)双层复合膜结构;氧气流量为3.5 sccm时,沉积形成了透明导电的AZO薄膜;氧气流量为5.0 sccm时,形成了透明不导电且含有纳米Al2O3颗粒的AZO薄膜;此外,AZO薄膜在400℃退火后,薄膜晶粒长大和(002)晶面方向择优生长更加明显以及高氧气流量沉积的AZO薄膜中的纳米Al2O3颗粒消失.     

溅射气压对直流电源磁控溅射制备掺铝氧化锌薄膜性能的影响

以ZnO∶Al2O3(2wt%)陶瓷为溅射靶材,采用直流磁控溅射的方法,在普通玻璃衬底上制备ZnO∶Al(AZO)薄膜,研究了溅射气压对AZO薄膜的结构特性、表面形貌及其光电性的影响。XRD和SEM测试表明所有样品均为多晶六角纤锌矿结构,薄膜呈(002)晶面择优生长。用体积百分比为0.5%稀盐酸对制备的AZO薄膜进行腐蚀制绒,腐蚀后其表面形貌随溅射气压的不同而改变。在适当溅射气压下(～1.5m Torr)制备的薄膜,通过溅射后腐蚀工艺,可获得表面形貌具有特征陷光结构的AZO薄膜,其表面呈现"弹坑"状,薄膜的绒度随表面形貌的不同而变化。同时通过优化制备工艺,所有溅射气压下制备的AZO薄膜在可见光及近红外范围的平均透过率大于80%,电阻率低于8.5×10-4Ω·cm,可以满足硅基薄膜太阳电池对透明前电极光电性能的要求。     

薄膜厚度对ZnO:Y薄膜结构及光电特性影响

室温下采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备出了具有良好附着性、低电阻率和高透过率的新型ZnO∶Y(ZnO掺杂Y2O3,简称ZnO∶Y)透明导电薄膜。研究了薄膜厚度对ZnO∶Y薄膜结构、光电特性的影响。结果表明:不同厚度的ZnO∶Y薄膜均为多晶薄膜,具有ZnO六角纤锌矿结构,最佳取向为(002)方向。随薄膜厚度增加,其电阻率减小,当薄膜厚度增至800 nm时,其电阻率为8.36×10-4Ω.cm,迁移率为15.3 cm2.V-1.s-1,载流子浓度为4.88×1020cm-3。不同厚度的薄膜在可见光范围内平均透过率均为90%以上,当薄膜厚度从200 nm增加到800 nm时,薄膜禁带宽度从3.68 eV减小到3.61 eV。     

Cu过量对Cu1+x Al1-x O2(0≤x≤0.04)薄膜结构与光电性能的影响

以单相多晶Cu1+x Al1-x O2陶瓷做靶材,采用射频磁控溅射方法在石英衬底上沉积了Cu过量的Cu1+x Al1-x O2(0≤x≤0.04)薄膜.通过X射线衍射(XRD)、紫外吸收光谱以及电导率的测试,表征了不同含Cu量Cu1+x Al1-x O2薄膜的结构与光电性能.结果表明,沉积态薄膜经退火处理后,由非晶转变为具有铜铁矿结构的纯相Cu1+x Al1-x O2;退火态薄膜在可见光区域的平均透过率约为55;,平均可见光透过率不受Cu含量的影响;退火态薄膜样品的室温电导率随Cu含量的增加而增大,Cu1.04 Al0.96 O2的室温电导率最高,为1.22×10-2 S/cm;在近室温区(200～300 K),退火态薄膜均很好地符合Arrhenius热激活模式.     

溶胶-凝胶法制备Ag掺杂的ZnO薄膜及其结构和光学性能的研究

溶胶-凝胶法制备了Ag掺杂的ZnO薄膜(AZO).采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、UV-VIS分光光度计、光致发光检测研究了掺杂浓度和退火温度对AZO薄膜光学和结构的影响.AZO薄膜呈(002)择优生 长的纤维锌矿六角形结构的多晶相.0.5;和1; Ag掺杂的薄膜在可见光波长区域光学透过率在70;～ 80;之间,随着Ag掺杂浓度的升高平均透过率有所降低.5; Ag掺杂的ZnO薄膜经空气中700℃退火后出现两条发射光谱带,经He气氛中退火后UV发射光谱显著增强,并且可见光发射光谱随之消失.     

自然掺杂p型ZnO薄膜的螺旋波等离子体辅助溅射沉积

本工作通过调整工作气压,采用螺旋波等离子体辅助射频磁控溅射技术在Al2O3衬底上成功的制备了自然掺杂的p型ZnO薄膜.Hall测量显示在Ar/O2等离子体辅助下,随气压增加所沉积薄膜表现出从n型到p型再到n型的转变.p型ZnO薄膜载流子浓度为1.30×1016cm-3,电阻率为99.68Ω·cm,霍尔迁移率为4cm2·V-1·s-1.X射线衍射和原子力显微镜的分析结果显示ZnO薄膜的导电类型和薄膜的生长特征相关,等离子体中活性粒子载能的减小导致薄膜表面成核几率增加和ZnO晶粒逐渐减小.较高氧活性粒子浓度有利于自然掺杂p型ZnO薄膜生长,而活性氧粒子种类的变化使薄膜生长质量变差,施主缺陷增加,薄膜转化为n型导电.     

掺杂量对ZnO陶瓷靶材性能影响的研究

以ZnO、Al2O3粉体为原料,采用常压烧结方法制备高导电性ZnO: Al陶瓷靶材,并系统研究了Al掺杂量对该靶材的晶体结构、微观形貌以及电学特性的影响.结果表明:Al2O3掺杂量是影响ZnO陶瓷靶材导电性的重要因素之一.随Al: Zn原子比从0: 100变化至8.0: 100,电阻率呈现先递减后递增的规律.当Al: Zn原子比为4.0: 100时,所制备的ZnO陶瓷靶材电阻率最低,为4.1×10-3 Ω·cm;当Al掺杂量超过某一数值后,将导致锌铝尖晶石相(ZnAl2O4)的生成,从而使材料的电阻率升高.为了获得高导电性能的ZnO靶材,必须精确控制Al的掺入量,以防止锌铝尖晶石的生成.     

直流磁控溅射陶瓷靶制备ITO薄膜及性能研究

以10%质量分数SnO2和90%质量分数In2O3烧结成的ITO氧化物陶瓷为靶材,采用直流磁控反应溅射法在玻璃基片上制备ITO透明导电薄膜,研究了基片温度和氧分压条件对ITO薄膜的物相结构和光电性能的影响。实验结果表明:ITO薄膜的方块电阻随衬底温度的升高而下降,而可见光透过率增大;ITO薄膜可见光透过率和方块电阻随氧分压的增加而增大。