磁控溅射法备Al掺杂ZnO(AZ0)薄膜工艺及其电性能研究.pdf

摘要透明导电氧化物薄膜因其较低的电阻率和高的可见光透射率而广泛应用于太阳能电池,平面显示器等领域。透明导电氧化物主要包括及其掺杂系列:、篠、篈等,其中掺杂薄膜具有原料丰富、光电性能优异、制备方法简单等特点,已成为透明导电氧化物的研究热点。获得电学性能优异的∧ぃ蚨慕票腹ひ栈竦玫偷缱杪实腁薄膜成为提高其性能的关键。本文采用磁控溅射方法制备了∧ぃ氐阊芯苛顺牡孜露取⒔射压强、沉积时间等工艺参数对∧ぞ褰峁埂⒈∧ず穸燃捌涞缪阅艿挠跋臁用湎哐苌湟恰⑸璧缱酉晕⒕怠⒂锰ń滓恰⒌缡湓瞬馐韵低扯员∧さ木褰峁埂表面形貌、厚度以及电学性能进行了测试分析。研究表明:所制备∧こ柿乔π靠蠼峁埂K孀懦牡孜露鹊脑黾樱∧さ木体结构发生显著变化,而溅射压强主要影响∧晶面与嫦喽取向强度的变化,沉积时间也严重影响着薄膜的相对取向强度。衬底温度对薄膜的厚是减小的;而随着沉积时间增加,薄膜的厚度呈线性增加,但得到的沉积速率是逐渐减小的。衬底温度增加,薄膜的电阻率急剧降低,迁移率和载流子浓度显著增加。溅射压强增加,电阻率先减小后增大,这与∧面和嫦喽郧慷缺鹊谋化趋势一致,工作气压、沉积时间对电学性能的影响没有温度的影响显著。关键词:磁控溅射法、∧ぁ⒕褰峁埂⒌缪阅西南交通大学硕士研究生学位论文第∧さ墓庋干渎士梢晕榷ù锏ゼ耙陨希璋绯刂票傅淖畲笞璋谟度的变化影响是很小:随着溅射压强的增加,薄膜的厚度逐渐减小,表明沉积速率也
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第一章绪论透明导电薄膜概述西南交通大学硕士研究生学位论文进入二十一世纪以来,为了满足人们生活的需求,新的科学技术要求逐渐变高,其中材料科学的研究日显重要,薄膜材料作为材料中的独特的一种形式,具有块体及粉末材料不能相比的优点,因此在高技术领域中发挥着越来越重要的作用,比如计算机、电子信息、自动化领域等对电子器件微型化、集成化的要求都比较高,这些都是随着薄膜制备技术逐渐成熟,透明导电薄膜、半导体薄膜、磁性薄膜等相继出现。其中透明导电薄膜的特点是电阻率小于庋干渎蚀笥。实际上,透明意味着光学禁带宽度较大笥易杂傻缱由伲嫉缫馕蹲诺即缱邮肯喽越多类似金属,而透明导电薄膜却要求二者缺一不可,只有满足这两个条件才能称为透明导电薄膜。一般而言,透明导电薄膜可以分为金属透明导电薄膜、金属氧化物透明导电薄膜、其他化合物导电薄膜、高分子透明导电薄膜。对于金属透明导电薄膜而言,虽然导电性能很好,但透光性能不好,所以一般薄膜的厚度都控制在左右,这样透光性会比较好,但电学性能就会变差,这样其应用就会受到很大的限制,所以当前应用相对较广泛的还是化合物透明导电薄膜,其中金属氧化物透明导电薄膜是研究最多的透明导电薄膜之一,其材料主要包含单一相与复合相结构,其中单一相的结构又包含琙,’炔牧希春舷嘤职琒篠琒篎,篠,篧,篗琙:,篈,当前篠薄膜是制备技术最为成熟,光电性能最为优异的透明导电薄膜,已进行了大量的商业化应用,但是由于铟材料有毒且铟资源有限,热稳定性差、制备工艺复杂、成本高等缺点,从而进一步限制了∧さ耐乒阌τ谩R虼丝7⒊鲂乱淮慕鹗粞趸锿该鞯嫉绫∧显得至关重要,而∧げ牧显谏鲜兰偷氖焙蚬谕庋д呓辛舜罅康难芯浚哂光电性能优异、材料成本低廉、资源丰富、在氢等离子体中稳定性强、制备工艺简单等优点,因而∧ず苡锌赡艹晌狪薄膜的最佳替代者。第薄膜材料才能满足其要求的,同时薄膜材料为我们开发出新的功能器件提供了可能,
駔●。汹∧さ木褰峁购托灾西南交通大学硕士研究生学位论文∧さ闹饕3煞质茄趸,它是直接宽禁带半导体材料,,如图尽尽А图趸康牧街志褰峁闪锌矿结构诵靠蠼峁闪锌矿结构与金刚石结构比较类似,都以正四面体为基础,由两个面心立方结构套构而成,因而这种晶格也为双原子复式晶格,且具有立方对称性。虽然纤锌矿结构和闪锌矿结构相似,但它呈六方对称特性,是由两类原子各自组成的六方排列的双原子层堆积而成,形成纤锌矿结构,一般而言,诔N孪赂菀壮氏殖龃酥纸峁梗荶通过掺入而形成的一种固溶体,在謇锩嬗辛街执嬖谛问剑即替位式存在和间隙式存在,但少量的掺杂并不改变木褰峁埂第∧さ木褰峁住它的婀嬖虻陌碼鸦琙男纬伸实投的形成焓高,故在逯校存在较多的瘴缓蚙湎段弧.
这两种吸附氧在∧け砻姹湮狣蛙樱盇薄膜处在还原性气体氛围中时,这时和西可与吸附在∧け砻娴幕乖云迦鏑⑸乖从Γ从Ψ匠·‘表面的离子如脱斜旧砥鹗苤髯饔茫蒁湮?蠛蚲所需要的电子本身也是西南交通大学硕士研究生学位论文∧さ墓獾缧灾拾怂墓庋А⒌缪Ъ肮馍绲刃灾省T诠庋灾史矫妫珹在可见光波段其平均透射率在陨希哂屑ǜ叩耐干渎剩诤焱獠ǘ危珹薄膜具有一定的反射率,同时∧せ故呛芎玫姆⒐獠牧稀T诘缪灾史矫妫琙为本征半导体,电阻率在