射頻磁控濺射ZnO：Al薄膜及其特性研究.pdf

1、ZnO:Al(AZO)薄膜因其低電阻率與高可見(jiàn)光區(qū)透射率有望替代ITO，成為主要的透明導(dǎo)電氧化物(TCO)材料。相對(duì)于ITO材料，AZO薄膜原材料豐富，價(jià)格低廉且無(wú)污染，是理想的透明導(dǎo)電氧化物材料。目前用以制備AZO薄膜的方法有多種，其中磁控濺射技術(shù)因其高的沉積速率與均勻性被認(rèn)為是重要的制備AZO薄膜的技術(shù)之一。 本論文利用射頻磁控濺射技術(shù)，以ZnO:Al2O3(2 wt％Al2O3)為靶材在石英玻璃襯底上制備多晶AZO薄膜。為

2、了與半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的剝離工藝相兼容，所有樣品均在室溫下沉積。同時(shí)應(yīng)用X射線衍射儀(XRD)、原子力顯微鏡(AFM)、掃面電子顯微鏡(SEM)、俄歇電子能譜儀(AES)、X射線光電子能譜儀(XPS)、霍爾效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)以及紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)等測(cè)試手段，研究了不同射頻功率、Ar氣壓強(qiáng)、薄膜厚度以及退火溫度對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)特性、組分特征、電學(xué)性能與光學(xué)性能的影響。 研究表明，AZO薄膜為六角纖維鋅礦結(jié)構(gòu)，呈c軸擇優(yōu)取向，由于薄膜在室溫下沉積

3、，薄膜結(jié)構(gòu)疏松多孔。對(duì)薄膜的組分分析表明薄膜為富氧態(tài)，而薄膜偏離化學(xué)劑量比的原因?yàn)槭杷傻慕Y(jié)構(gòu)引起的晶粒邊界上O原子的吸附。通過(guò)對(duì)濺射工藝的優(yōu)化在250W射頻功率與1.2Pa Ar氣壓強(qiáng)下得到最低電阻率為1.83×10-3Ω·cm可見(jiàn)光區(qū)透射率80％以上的AZO薄膜。 研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于室溫下制備的AZO薄膜，制約其電學(xué)性能提高的主要因素為晶粒邊界上的O原子吸附，因?yàn)樗冉档土吮∧さ妮d流子濃度又限制了載流子在晶粒間的遷移。同時(shí)當(dāng)樣品在