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.     

不同衬底制备硅薄膜的微结构研究

本文用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在普通玻璃衬底、未织构的氧化锌掺铝(AZO)覆盖的普通玻璃衬底和石英衬底上室温下制备了微晶硅薄膜.然后用快速光热退火炉(RTP)在600℃下对样品进行了7min的退火处理, 借助Raman和SEM对退火前后硅薄膜微结构进行了研究,并用声子限域理论和纳晶表面效应对实验现象进行了分析.结果表明:(1) 薄膜沉积过程中,衬底结构对薄膜微结构有重要影响,相对来说石英衬底上沉积的硅薄膜最容易晶化,其次是玻璃衬底,再其次是未织构的AZO覆盖的玻璃衬底.初步分析认为,主要是因为衬底的无序结构与硅的晶体结构的失配程度不同造成的影响;(2)退火后,薄膜晶粒尺寸均增大.进一步推测, AZO薄膜微结构随退火的变化将导致硅薄膜微结构受到牵连影响.     

热处理工艺对室温制备ZnO:Al薄膜结构与光电性能的影响

采用室温溅射加后续退火工艺制备了ZnO∶ Al透明导电薄膜.研究了热处理工艺对薄膜微观结构和光电性能的影响.研究表明:退火有助于减小Al~(3+)对Zn~(2+)的取代造成的晶格畸变,消除应力,促进晶粒长大,有效提高电子浓度和迁移率,降低电阻率;当溅射功率为80 W、退火温度为320 ℃时,薄膜的电阻率可低至8.6×10~(-4) Ω·cm;退火气氛对薄膜的导电性能有较大影响,真空退火可使吸附氧脱附,大大降低薄膜的方块电阻.而退火温度和退火气氛均对ZnO∶ Al薄膜的透光率没有明显影响,薄膜的透光率在86;以上.     

真空退火和氢退火对ZnO∶B薄膜电学和光学性能的影响

在玻璃衬底上采用低压化学气相沉积法制备了B掺杂的ZnO薄膜,研究了真空气氛和氢气气氛下不同退火温度对ZnO∶B(BZO)薄膜电学性能和光学性能的影响。结果表明,两种不同退火气氛下进行退火处理,BZO薄膜性能发生相反的变化:真空气氛下退火时,BZO薄膜的导电能力随退火温度的提高而下降,但长波区的透光率却随之增加,这主要是由于真空退火后载流子浓度降低所致;而在氢气气氛下退火后,BZO薄膜载流子浓度基本保持不变,但Hall迁移率却显著提高,从而在保证透光率基本不变的前提下,使得BZO薄膜的导电能力得到显著提高,这可以为BZO薄膜光学和电学综合性能的协同优化提供一种有效方法。     

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.     

衬底温度对Al掺杂ZnO薄膜结构及其光电性能的影响

利用溅射方法制备了Al掺杂ZnO(AZO)薄膜,探究了衬底温度对薄膜的形貌特征、结构和光电性能的调控.实验结果表明:衬底温度可以调控AZO薄膜的生长方式以及光电性能.随着衬底温度的升高,AZO薄膜从无规则的形状转变为球形并且其颗粒尺寸逐渐减小.XRD分析表明样品的结晶质量随着衬底温度的升高而变佳.透射光谱研究发现,在低衬底温度下,400 nm附近处有一吸收台阶,随着衬底温度升高,此吸收台阶消失,表明衬底温度影响着AZO内部的缺陷.电学性质研究表明随着衬底温度升高,AZO薄膜的导电性能也随着升高,电阻率从9×10-2 Ω·cm降到5×10-3 Q·cm.而其载流子浓度从6×1019 cm-3增加到2.2×1020 cm-3.     

AZO薄膜刻蚀形貌优化及其在硅基薄膜双结太阳能电池中的应用

采用磁控溅射结合酸腐蚀法制备掺铝氧化锌透明导电氧化物薄膜,研究关键溅射工艺参数对AZO薄膜腐蚀后性能的影响.研究发现,在较低沉积温度和较大溅射压强条件下,样品腐蚀后可以形成粗糙度和雾度更大的表面形貌,有利于提高电池性能;而溅射功率增加,虽然能提升样品腐蚀后的粗糙度,但雾度的增加则呈现饱和趋势.将具有优良光电性能、不同雾度的AZO薄膜作为前电极制备非晶/微晶硅薄膜双结太阳能电池,发现雾度越大,电池的短路电流密度越大,特别是底电池电流密度越大,从而电池的光电转换效率也获得提高.这一发现有助于通过优化溅射工艺参数来改进AZO薄膜表面形貌和电池性能.     

非晶Ni-Al阻挡层对快速退火制备的硅基Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜结构及物性影响的研究

应用非晶Ni-Al薄膜作为扩散阻挡层,采用磁控溅射法和溶胶-凝胶法在Pt/TiO2/SiO2/Si(001)衬底上制备了Pt/Ni-Al/Ba0.6Sr0.4TiO3/Ni-Al/Pt电容器结构,研究了在650～800 ℃温度范围内快速退火(RTA)工艺对电容器结构和物理性能的影响.结果表明:在外加电场为-100 kV/cm时,700 ℃和750 ℃退火样品的介电常数达到最大,分别为150和170.非晶Ni-Al薄膜的应用可以有效地降低BST薄膜的漏电流密度.650 ℃退火样品在整个测试电场范围内满足欧姆导电机制;700 ℃、750 ℃和800 ℃退火样品分别在电压低于-3.67 V、-2.65 V和-2.14 V时满足欧姆导电机制,在电压高于-3.67 V、-2.65 V和-2.14 V时满足普尔-弗兰克导电机制.     

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。     

退火温度对ITO薄膜微结构和光电特性的影响

用直流磁控溅射法制备了氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜.制备出的薄膜在大气环境下退火,退火温度分别为100℃、200℃、300℃和400℃,保温时间为1h.采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、紫外-可见光分光光度计和四探针测试仪等测试手段分别对薄膜的微结构、化学组分和光电特性进行了测试分析.分析结果表明:Sn元素已经溶入In2O3晶格中形成了固溶体.退火温度的升高,有助于提高ITO薄膜中Sn原子氧化程度,从而提高了薄膜在可见光范围内的透射率.退火温度为200℃时ITO薄膜的性能指数最高,为4.56×10-3 Ω-1.     

Optical properties of Al‐doped ZnO thin films deposited by two different sputtering methods

Aluminum‐doped zinc oxide (AZO) thin films were deposited on sapphire (002) and glass substrates by two different sputtering techniques radio frequency magnetron cosputtering of AZO and ZnO targets and sputtering of an AZO target. The dependence of the photoluminescence (PL) and transmittance properties of the AZO films deposited by cosputtering and sputtering on the AZO/ZnO target power ratio, R and the O₂/Ar flow ratio, r were investigated, respectively. Only a deep level emission peak appears in the PL spectra of cosputtered AZO films whereas both UV emission and deep level emission peaks are observed in the PL spectra of sputtered AZO films. The absorption edges in the transmittance spectra of the AZO films shift to the lower wavelength region as R and r increase. Also effects of crystallinity, surface roughness, PL on the transmittance of the AZO films were explained using the X‐ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), and PL analysis results. (© 2006 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

表面补偿的高雾度ZnO∶Al及其在硅薄膜太阳电池中的应用

采用稀盐酸对磁控溅射法制备的平面掺铝氧化锌(ZnO∶Al,AZO)薄膜表面进行湿法刻蚀制绒,分析了盐酸浓度和刻蚀时间对AZO薄膜表面的形貌特征和光电特性的影响。研究发现,湿法刻蚀导致AZO薄膜表面呈现大尺度的陨石坑形貌特征,随刻蚀时间增加,薄膜在大于500 nm的长波范围内光学透过率可维持在70%~75%,且800nm处雾度值可高达48%,陷光能力快速增加,而面电阻率呈现逐渐增加趋势。高的盐酸浓度可以导致薄膜表面呈现较快凹型形貌特征,并可给出较高的雾度值。为了在保持高雾度值的条件下改善薄膜导电性,在2%盐酸刻蚀30 s所制备绒面沉积300 nm AZO薄膜进行厚度补偿,所获得薄膜的表面方块电阻小于10Ω/sq,以其作为前电极所制成的单结薄膜电池转换效率达到9.24%。结果表明,采用酸性刻蚀+厚度补偿方法所制备的绒面AZO薄膜可兼顾高雾度和低电阻的性能要求,是用作硅基薄膜太阳电池前电极的理想材料。     

UV,violet and blue‐green luminescence from RF sputter deposited ZnO:Al thin films

The mechanism of ultraviolet (UV), violet and blue green emission from ZnO:Al (AZO) thin films deposited at different radio frequency (r.f.) powers on glass substrates was investigated. The structure and surface morphology of AZO films have also been observed. The optical transmittance spectra shows more than 80% transmittance in the visible region and the band gap is found to be directly allowed. From the photoluminescence measurement, intense UV and blue green luminescence is obtained for the samples deposited at higher sputtering powers. The mechanism of luminescence suggests that UV luminescence of AZO thin film is related to the transition from near band edge to the valence band and the concentration of antisite oxide (O_zn) increases with increase in r.f. power which in turn increases the intensity of green band emission while the violet PL is due to the defect level transition in the grain boundaries of AZO films. (© 2005 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Optical properties of thermally evaporated CdS thin films

CdS thin films of varying thicknesses were deposited on cleaned glass substrates at room temperature by thermal evaporation technique in a vacuum of about 2 x 10^‐5 torr. UV‐VIS spectra of the films were studied using the optical transmittance measurements which were taken in the spectral region from 300 nm to 1100 nm. The absorbance and reflectance spectra of the films in the UV‐VIS region were also studied. Optical constants such as optical band gap, extinction coefficient, refractive index, optical conductivity and complex dielectric constant were evaluated from these spectra. All the films were found to exhibit high transmittance (∼ 60 ‐ 93 %), low absorbance and low reflectance in the visible/near infrared region from ∼ 500 nm to 1100 nm. The optical band gap energy was found to be in the range 2.28 – 2.53 eV. All the films annealed at 300°C for 4 hours in vacuum (∼ 10^‐2 torr) showed a decrease in the optical transmittance with its absorption edge shifted towards the longer wavelength, leading to the result that the optical band gap decreases on annealing the films. Also, on annealing crystallinity of the films improves, resulting in decrease in the optical transmittance. (© 2007 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

退火温度对Co掺杂CeO2稀磁氧化物薄膜的结构和铁磁性能的影响

采用溶胶-凝胶法,在Si(100)和石英玻璃衬底上制备了3;Co掺杂CeO2稀磁氧化物薄膜,研究了不同退火温度(500 ℃, 600 ℃和700 ℃)对薄膜结构和铁磁性能的影响.XRD 和拉曼光谱结果表明,随着退火温度的升高,薄膜晶化度明显提高.不同退火温度下的3;Co掺杂CeO2薄膜为多晶薄膜,且未破坏CeO2原有的结构.随着退火温度的升高, 晶粒尺寸逐渐增大.另外,3;Co掺杂CeO2薄膜在可见光范围内都有很好的透射率,其室温下的光学带隙Eg随退火温度增加而减小.超导量子干涉磁强计(SQUID)测量表明所有样品都表现出室温铁磁性,随着退火温度的升高,饱和磁化强度和矫顽力增大,700 ℃退火的薄膜具有最大的饱和磁化强度和最大的矫顽力.不同退火温度导致样品的磁性有了明显的变化,这源于磁性产生的不同机理.可见薄膜的结构最终影响了其铁磁性能.     

空气退火对ZnS薄膜结构和光学特性的影响

采用X射线衍射、扫描电子显微镜和光致发光等技术研究了空气退火对ZnS薄膜的结构和光学特性的影响.薄膜在500℃以下退火后结晶质量得到改善,仍呈ZnS立方相结构.退火温度达到550℃时,薄膜中出现ZnO六方相结构.薄膜退火后,大气中的氧掺入薄膜中,出现ZnS-ZnO复合层.随退火温度升高,薄膜晶粒尺寸增大,透过率增加,带隙逐渐接近ZnO带隙.薄膜光致发光结果表明,复合层内ZnS和ZnO绿色发光的叠加替代了来自ZnS缺陷能级间的绿色发光.     

基底加热温度对ITO薄膜的性能影响研究

氧化铟锡(ITO)薄膜被广泛用作光电器件中的透明导电电极,其透光率、导电性、表面粗糙度、与基底的功函数匹配及其电流传输特性都会对光电器件的性能造成影响。本文采用射频(RF)磁控溅射方法制备ITO薄膜,系统研究了基底加热温度对其各方面性能的影响,并确认了最佳基底温度。实验采用锡掺氧化铟陶瓷为靶材,组分摩尔比为m(In₂O₃)∶m(SnO₂)=90∶10。采用XRD、SEM对所制备的薄膜进行表征,系统分析不同基底温度对ITO薄膜结晶性能、形貌的影响;采用紫外可见分光光度计、霍尔效应测试仪、紫外光电子谱仪(UPS)、电流电压曲线系统研究了基底温度对薄膜光电特性、载流子浓度、薄膜功函数以及电流传输特性的影响。研究结果表明,基底温度200 ℃为最佳,此时ITO薄膜结晶良好、表面平整、可见光波段平均透过率超过80%,导电性能和电流传输特性均较佳,且薄膜组分与靶材组分一致。     

溶剂热法制备Al掺杂ZnO薄膜的机理研究

采用溶剂热法在玻璃衬底上制备Al掺杂的ZnO薄膜,研究了溶剂热过程中升温、恒温和降温三个阶段分别对薄膜物相和形貌的影响,探讨了薄膜的生长机理.结果表明,升温阶段只是形核过程,基片仅在升温阶段与前驱液接触不能形成薄膜;基片在升温-恒温阶段与前驱液接触可制备(002)择优取向的薄膜;恒温阶段既有成核过程又有晶体生长过程,基片仅在恒温阶段与前驱液接触可以制备薄膜;降温阶段薄膜继续生长.