zno薄膜和al摻雜zno(zao)薄膜的射頻磁控濺射制備及其性能研究

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1、ZnO薄膜和Al摻雜ZnO(ZAO)薄膜的射頻磁控濺射制備及其性能研究摘要ZnO是一種II.Ⅵ族的寬帶隙直接帶結(jié)構(gòu)的多功隧材料,為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)。ZnO薄膜E

2、;;1于具有優(yōu)異的壓電、光電、氣敏、壓敏等特性,近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。Al摻雜的ZnO(ZAO)透明導(dǎo)電膜作為一種重要的光電子信息材料也得到了廣泛的研究,ZAO薄膜具有與目前己得到廣泛應(yīng)用的ITO薄膜可比擬的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì),而且在高溫條件下,它的成分不易與氫發(fā)生互擴(kuò)散,因此在活性氫和氫等離子體環(huán)境中化學(xué)穩(wěn)定性高,不易使太陽(yáng)能電池材料活性降低,是最有開(kāi)發(fā)潛力的透明導(dǎo)電薄膜,口J望成為ITO薄膜最佳的替代

3、者,推動(dòng)廉價(jià)太陽(yáng)能電池的發(fā)展。本文利用射頻磁控濺射技術(shù)完成了ZnO薄膜和Al摻雜ZnO(ZAO)薄膜的制各,并對(duì)所制備的薄膜進(jìn)行了退火處理。利用x射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線光電子能譜(XPS)、熒光光譜儀、光譜儀、凹探針測(cè)試儀等對(duì)制各的ZnO薄膜進(jìn)行了表征和性能研究。研究表明,制各工藝尤其是襯底溫度和退火處理能顯著影響薄膜的晶體、光學(xué)和電學(xué)性能。就ZnO薄膜而言,襯底溫度為300℃時(shí),薄膜的擇優(yōu)取向最強(qiáng),空氣中500℃退火能使薄膜的結(jié)晶性能最好,而無(wú)論是原位沉積薄膜還是退火后的薄膜的可見(jiàn)光區(qū)平均透光率均超過(guò)85%:對(duì)Si(111)

4、襯底上沉積的ZnO薄膜進(jìn)行退火處理,薄膜的結(jié)晶質(zhì)量得到提高,與深能級(jí)發(fā)射有關(guān)的缺陷濃度有所減少。對(duì)于ZAO薄膜,原位沉積的薄膜電阻率可達(dá)2.590cm,可見(jiàn)光區(qū)透過(guò)率約為70%。薄膜的低電阻率是通過(guò)Al摻雜和薄膜中的化學(xué)訓(xùn)量比偏移獲得,但是Al摻雜在降低薄膜電阻率的同時(shí)會(huì)引起雜質(zhì)散射,因此ZAO薄膜的可見(jiàn)光區(qū)透過(guò)率較ZnO薄膜會(huì)有所F降,光學(xué)帶隙由于Burstein.Moss效應(yīng)會(huì)有所增大。500℃純Ar氣氛中退火1h后,ZAO薄膜的透光性能和導(dǎo)電性能均有所改善,ZAO薄膜可見(jiàn)光區(qū)平均透過(guò)率從70%提高到80%左右,薄膜的電阻率從2.59Qcm降低到0.1

5、3Qcm。關(guān)鍵詞:ZnO薄膜:ZAO薄膜;RF磁控濺射:XRD;透光率;電阻率PreparationofPureandAI—dopedZnOFilmsbyRFMagnetronSputteringandStudyofTheirPropertiesAbstractZnOisaII.ⅥgroupmultifunctionaImaterialwithwidedirecthand·gapandhasahexagonalwurtzitestructure.ZnOthinfilmshaverecentlygainedmuchattentionduetotheirgoo

6、dpiezoelectric,photoelectric,gassensitivityandstresssensitivitybehaviors.TransparentconductingAIdopedZnO(ZAO)thinfilmshavebeenextensivelystudiedasphotoelectroniaformationmaterialsa1so.ZAOthinfilmiscomparablewiththemorecommonlyusedindiumtinoxide(IT01filmsregardingtotheirelectricala

7、ndopticalproperties.Moreover,thefilmischemicalstableinthepresencenfactivehydrogenorhydrogenplasmaatmosphereandwillnotreducetheactivityofsolarcelimaterialsbecauseitscompositionishardtointeractwithhydrogenathightemperatures.ZAOfilmisapromisingtransparentconductingfilm.Itisemergingas

8、oneofthebestalternativecandidatesforITOfilms,anditsusewillpronmtethedevelopmentofcheapsolarcellsPolycrystallineZnOfilmsweredepositedbyradiofrequency(RF)magnetronsputteringtechniqueandtheas-depositedfilmswereannealed.X·raydiffraction(XRD),scanningelectronmicroscope(SEM),X—rayphotoe

9、lectronspectroscopy(xps),fluoresc

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