磁控溅射法制备铝掺杂氧化锌薄膜研究进展

铝掺杂氧化锌(AZO)薄膜是一种n型半导体光学透明薄膜,具有优异的光电转换特性.综述了磁控溅射法制备AZO薄膜的研究现状.介绍了衬底温度、溅射功率、氧分压、溅射角度、衬底类型和退火温度等工艺参数对AZO薄膜的微结构、表面形貌和光电性能的影响.展望了其今后的研究方向和应用前景.     

沉积温度影响有机太阳能电池阳极薄膜结晶性能

采用射频磁控溅射工艺,以氧化锌铝（AZO）陶瓷靶作为靶材,通过优化工艺参数在玻璃基板上制备了具有c轴择优取向的AZO透明导电薄膜.基于X射线衍射（XRD）测试表征,研究了沉积温度对薄膜结晶性能的影响.实验结果表明：AZO薄膜的结晶性能与沉积温度密切相关,较低温度时,随着沉积温度的升高,薄膜的结晶性能得到提高,但是沉积温度进一步升高时却有所变差.当沉积温度为400℃时,AZO薄膜的结晶性能最佳,c轴取向良好,晶粒尺寸接近40 nm.     

掺铝氧化锌薄膜的结构与刻蚀性能

利用中频反应磁控溅射技术,以Zn/Al(质量比98∶2)合金靶为靶材,制备了综合性能优良的铝掺杂氧化锌(ZnO:Al,AZO)透明导电薄膜.探讨了沉积工艺对薄膜结构、电学及光学性能的影响,分析了AZO薄膜的刻蚀性能以及所制备的绒面结构特性.结果表明:基体温度对薄膜生长有较大的影响;采用适当的沉积温度,薄膜具有较好的晶化率,晶粒呈明显的柱状生长,晶界间结合紧密,薄膜的电阻率为4.600×10-4Ω.cm;镀膜时基体的移动速度影响薄膜的晶体生长方式,但对其沉积效率影响不大;具有择优生长特性、形成柱状晶组织的薄膜经稀盐酸腐蚀后,其表面呈规则的粗糙形貌,此结构有利于充分捕集太阳光,从而提高薄膜太阳电池的效率.     

衬底温度和溅射功率对AZO薄膜性能的影响

采用RF磁控溅射法在载玻片上制备了可用于电极材料的掺Al氧化锌(AZO)透明导电薄膜,并对不同衬底温度和溅射功率下制备的AZO薄膜结构、光电性能进行了表征分析.结果表明:各种工艺条件下沉积的AZO薄膜均具有明显的(002)择优取向,没有改变ZnO六方纤锌矿结构;薄膜电阻率随衬底温度升高而减小,随溅射功率增加先减小后增大,衬底温度400℃、溅射功率200W时最小,为1.53×10-5Ω.m;可见光平均透射率均在80%以上,光学带隙与载流子浓度变化趋势一致,最大值为3.52eV.     

掺杂氧化锌薄膜的结构与刻蚀性能研究

本文利用中频反应磁控溅射方法,以Zn/Al (98 : 2) (wt. %)合金靶为靶材,制备了综合性能优良的铝掺杂氧化锌（ZnO:Al, AZO）透明导电薄膜. 研究了沉积工艺对薄膜结构、电学及光学性能的影响,分析了AZO薄膜的刻蚀性能以及所制备的绒面结构特性. 结果表明：基体温度对薄膜生长有较大的影响,当温度为150℃时,薄膜具有较好的晶化率,晶粒呈明显的柱状生长,晶界间结合紧密,薄膜的电阻率为4.6×10-4Ωcm. 镀膜时基体的移动速度会影响薄膜的晶体生长方式,但对其沉积速率影响不大. 具有择优生长特性、形成柱状晶组织的薄膜经稀盐酸腐蚀后,其表面呈规则的粗糙形貌;此结构有利于充分捕集太阳光,从而提高薄膜太阳电池的效率.     

应用于太阳能电池的AZO透明导电薄膜光学性质研究

以铝掺杂氧化锌陶瓷靶作为溅射源,采用射频磁控溅射工艺在玻璃衬底上制备了掺铝氧化锌（AZO）透明导电薄膜,利用全光谱拟合法计算了AZO薄膜的光学常数和厚度,研究了厚度对AZO薄膜光学性质的影响.结果表明：拟合光谱曲线与实测光谱曲线一致,薄膜的光学性能与厚度密切相关,AZO薄膜折射率表现为正常的色散特性.另外还采用包络法计算了AZO薄膜的折射率和厚度,两种方法所得结果基本相符.     

一种三明治结构透明导电薄膜的制备及光电性能

采用直流磁控溅射法制备了ZAO/Cu/ZAO多层透明导电薄膜,研究了参铝氧化锌(ZAO)薄膜厚度对多层膜晶体结构和光电特性的影响.用X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外可见光分光光度计及四探针对样品的晶体结构与光电性能等进行了表征.结果表明,多层膜的平均透过率最高达86%,方块电阻达9/sq;ZAO膜层厚度对多层膜的导电性能影响很小,但严重影响可见光透过率;多层膜中的ZAO层仍呈ZnO晶态结构,且具有明显的c轴取向特征.这种三明治结构是一种性能优良的太阳能透明导电层候选材料.     

掺铝氧化锌纳米粉体的制备及其隔热性能研究

以碳酸钠为沉淀剂,以聚乙二醇1 000为修饰剂,采用简单的化学共沉淀方法制备了不同掺铝量的掺铝氧化锌(AZO)纳米粉体.用热重-分析仪(TG-DTA)、X-射线衍射仪(XRD)、X-射线光电子能谱仪(XPS)、元素分析仪(EDS)、描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征方法研究了不同铝掺杂量AZO的结构和形貌.研究结果显示:所制备的AZO纳米粉体为六方晶系氧化锌结构,颗粒分散性和结晶性较好,呈类球形.将所制备的AZO纳米粉体与聚丙烯酸树脂复合制成涂料,利用线棒涂膜技术在玻璃基底上制备了AZO/聚丙烯酸树脂复合涂层,对其进行隔热性能测试.结果表明,所制得的隔热涂层具有较好的隔热效果,有望在隔热领域得到应用.     

基片温度对镓钛共掺杂氧化锌

以镓钛共掺杂氧化锌(GTZO)陶瓷靶作为溅射源材料,采用射频磁控溅射技术在玻璃基片上制备了GTZO透明导电薄膜,通过X射线衍射仪(XRD)、可见-紫外光分光光度计和四探针仪等测试表征,研究了基片温度对GTZO薄膜晶体结构、电学性质和光学性能的影响.结果表明:所制备的GTZO薄膜均为六角纤锌矿结构,并具有(002)择优取向,其结晶质量、晶粒尺寸、方块电阻、透过率、光学能隙以及品质因数都与基片温度密切相关,当基片温度为350℃时,GTZO薄膜的品质因数最大,具有最佳的光电综合性能.     

掺铝氧化锌透明导电薄膜生长及光电性质研究

采用磁控溅射在载玻片上制备掺铝氧化锌AZO透明导电薄膜,并用扫描电子显微镜观察薄膜的表面形貌,四探针电阻率测试仪测量样品的方块电阻和电阻率,分光光度计测量薄膜透射率.结果表明当功率、温度、氢气掺杂比为200 W、300℃、8%时,制备的AZO薄膜具有最小的方块电阻和电阻率,且在可见光区域内透射率均超过80%.     

AZO薄膜的光学性质研究

采用直流反应磁控溅射法,用Zn(99.99%)掺 Al(1.5%)靶制备出高质量的Al掺杂的ZnO(AZO)薄膜,用紫外可见、红外分光光度计等测试手段对沉积的薄膜进行了表征和分析,并对AZO薄膜的折射率和厚度进行了理论分析.薄膜的光谱分析结果表明:薄膜样品的可见光透射率平均值均在80%以上.AZO薄膜在紫外有很强的吸收峰,在红外区域,其反射率可达70%.通过理论计算得出了AZO薄膜样品的厚度为101 nm,与台阶仪测量的结果基本相符.     

Preparation and properties of AZO thin films on different substrates

Al doped ZnO (AZO) films were deposited on glass, polyethylene naphthalate (P EN) and polyethylene terephthalate (PET) at room temperature by radio frequency magnetron sputtering. The structural, surface morphology, electrical and optical properties of the AZO films were characterized by X-ray diffractometry (XRD), atomic force microscopy (AFM), Hall effect measurement and ultraviolet-visible spectrometer, respectively. The films exhibit highly c-axis preferred orientation, a nd AZO film on glass exhibits compressive stress while that on plastic subs trates presents tensile stress. The electr ical property of the AZO film on glass is the best among the films on three kinds of substrates. The value of the figure of merit for the AZO film on PEN is much better than that of the AZO film on PET and is close to that of AZO on glass in the wavelength range of 500? 900 nm.     

AZO薄膜的光学性质研究

采用直流反应磁控溅射法,用Zn(99.99%)掺Al(1.5%)靶制备出高质量的Al掺杂的ZnO(AZO)薄膜,用紫外可见、红外分光光度计等测试手段对沉积的薄膜进行了表征和分析,并对AZO薄膜的折射率和厚度进行了理论分析。薄膜的光谱分析结果表明:薄膜样品的可见光透射率平均值均在80%以上。AZO薄膜在紫外有很强的吸收峰,在红外区域,其反射率可达70%。通过理论计算得出了AZO薄膜样品的厚度为101 nm,与台阶仪测量的结果基本相符。     

热处理温度及冷却速度对ZnO:Al薄膜性能的影响

采用溶胶一凝胶法在普通玻璃衬底上制备出了Al3+离子掺杂的ZnO(ZnO:Al)透明导电薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、四探针法及紫外-可见分光光度计(UV-VIS)等分析方法对制备的薄膜进行了表征,研究了热处理温度及冷却速度对ZnO:Al薄膜结晶状况、电阻率、可见光透过率的影响.研究发现:制备的薄膜为具有沿(002)晶面择优取向的ZnO六角纤锌矿结构,适当的热处理温度和冷却速度有利于改善ZnO:Al薄膜的导电性,并且当采用快速冷却时薄膜的导电性明显增强,而透光率略微减小.500℃热处理1 h后,-15℃环境中快速冷却相对于随炉冷却和空气中冷却制备的薄膜电阻率有大幅度的降低,达到0.22Ω·cm,透光率大于80%.     

衬底温度对ZnO：Al薄膜结构和光透过性能的影响

利用超声喷雾热解方法以不同的沉积温度（450～530℃）在石英衬底上制备出具备较高光学质量的ZnO：Al（AZO）薄膜.通过X射线衍射谱（XRD）研究了薄膜的结构,用扫描电子显微镜（SEM）研究了薄膜的表面形貌,用紫外可见（UV）分光光度计对薄膜的光透过特性进行了测试分析.结果表明：所制备薄膜在可见波段具有较高透过率,并且沉积温度对AZO薄膜的结构和光透过性能有很大影响.在衬底温度为470℃时得到的AZO薄膜具有（002）择优取向,结晶质量最好、光透过率最高,在可见光区平均透过率达到85%以上.     

掺铝氧化锌纳米粉体的制备及性能研究

采用溶胶凝胶法制备掺铝氧化锌(AZO)纳米粉体,将其用硅烷偶联剂表面改性,采用溶液共混法制备出聚乙烯醇缩丁醛(PVB)/掺铝氧化锌(AZO)复合膜片.用热重差示扫描量热分析、X线衍射分析、透射电镜、激光粒度分析仪、紫外-可见分光光度仪、紫外-可见-近红外分光光度仪对AZO粉体及其改性后的无水乙醇分散液和PVB/AZO)...     

H2/(Ar+H2)流量比对AZO薄膜结构及光电性能的影响

在Ar+H2气氛下,用RF磁控溅射法在室温下制备Al掺杂的ZnO(AZO)薄膜,研究H2/(Ar+H2)流量比对薄膜结构和光电性能的影响。结果表明,在沉积气氛中引入H2可以提高AZO薄膜的结晶质量,降低AZO薄膜的电阻率,提高其霍尔迁移率和载流子浓度;H2/(Ar+H2)流量比为5%时,AZO薄膜的最小电阻率为1.58×10-3Ω.cm,最大霍尔迁移率和载流子浓度分别为13.17cm2.(V.s)-1和3.01×1020 cm-3;AZO薄膜在可见光范围内平均透光率大于85.7%。