氧化锌基透明导电薄膜制备与性能的的研究.pdf

摘要
透明导电氧化物薄膜(俗称TCO)因其优良的电导性,以及在可见和近红外光波段良好的
光学透过率,广泛应用于透明电极、电磁屏蔽、热反射镜、电致变色窗、气敏传感器、红
外隐身材料及柔性电子器件等领域。目前,市场上应用的TCO材料大部分是In2O3:Sn,俗称
ITO薄膜。尽管它的制备技术相当成熟,但仍然存在不少缺点。而氧化锌是人们已知的一种
优良的宽禁带半导体材料,其原材料丰富、无毒、无污染、与环境兼容、适用于大面积制
作、易掺杂,并且在氢等离子体等特殊环境中使用时,稳定性要好于ITO薄膜。所以,ZnO
基透明导电薄膜成为了取代ITO薄膜的首选材料。
但是,通过文献调研,我们发现氧化锌基材料还有很多基础性研究或技术瓶颈有待进
一步完善和突破。针对上述难题,本研究课题主要从以下两方面开展研究: (1)采用溶胶-
凝胶方法,通过旋涂成膜制备高价态钨掺杂以及阴阳离子(F/Al)共掺杂的氧化锌薄膜。(2)
使用自制的锌铝合金材料为靶材,借助直流磁控溅射方式制备掺铝氧化锌薄膜。主要研究
结果如下:
通过溶胶-凝胶工艺沉积了一系列高价态钨掺杂的氧化锌薄膜。实验结果表明:钨的掺
入使氧化锌薄膜的晶体质量提高,ZnO(002)衍射峰的位置往低角度偏移;WZO 薄膜的
吸收边往长波位置偏移,出现“红移”;掺钨浓度的变化直接影响荧光发光强度,但不影响
发光峰位。
通过溶胶-凝胶工艺沉积了一系列氟-铝双掺的氧化锌薄膜。实验结果表明:氟-铝共掺
的氧化锌薄膜的 XRD 图中,除了观察到 ZnO(002)峰外,还发现了 2θ为 26º的 ZnF2(110)
峰。相比于未掺杂薄膜,铝掺杂的吸收边出现蓝移;随着氟的掺入,又出现红移;荧光光
谱中,相比于未掺杂薄膜,铝掺杂的发光强度增加;但是当掺入氟以后,发光强度减弱。
借助直流磁控溅射工艺沉积了铝掺杂氧化锌透明导电薄膜。实验结果表明:氧分压,
衬底温度,沉积时间等工艺参数对 AZO 薄膜的结构、光学性质、电学性质都有各自的影响。
实验获得的最佳制备工艺是:氧分压 5%,沉积时间 30min,衬底温度 400℃。制备的薄膜
样品透过率为 85%以上,电阻是 80Ω/口。
本论文的研究结果为改善ZnO薄膜的结构和光电性能提供了理论和实验依据。同时,
为ZnO基透明导电薄膜的制备和ZnO薄膜光电器件的研制提供了具有参考意义和价值的理
论依据和实验方法。



关键词: 透明导电氧化物薄膜;氧化锌;溶胶-凝胶法;磁控溅射法;光电性能


I
Abstract
Transparent conductive oxide films(TCO), with good electrical conductivity and high
transmittance in the visible-near infrared, have been widely used in transparent electrodes,
ic shielding, heat mirrors, electrochromic color windows, gas sensors, infrared
stealth materials, flexible electronic devices and other areas. At present, most mercial use
of TCO material are ITO(In2O3:Sn) films. The technology has matured, but there are still many
ings. Zinc oxide is a wide band gap semiconductor material, with low price, non-toxic,
non-polluting, patible, suitable for the production of large area, easy doping
and the stability in hydrogen plasma better than ITO films, etc. Therefore, ZnO-based transparent
conductive film is most likely to replace the ITO film.
However, through literature research, we found that there are a lot of basic research or
technical bottlenecks