氧化鋅摻釔透明導電膜的制備及特性研究.pdf

1、隨著光電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，各種光電材料不斷被開發(fā)，透明導電薄膜是其中之一。由于在可見光區(qū)域內(nèi)的高透過率和高導電性，透明導電薄膜被廣泛應用。目前，應用較為廣泛且制備技術(shù)比較成熟的是氧化銦摻錫( ITO)薄膜和氧化錫摻氟(FTO)薄膜，其中ITO應用最為廣泛。但是，ITO薄膜價格高、且高溫時銦易擴散而出現(xiàn)薄膜性能退化現(xiàn)象。相比而言，氧化鋅(ZnO)具有成本低、資源豐富、無毒、穩(wěn)定性強的優(yōu)點，因此受到廣泛的關(guān)注。
　　 本文采用射頻磁控

2、濺射法，首次在室溫下以玻璃為襯底制備出釔摻雜的氧化鋅透明導電薄膜(YZO)。系統(tǒng)地研究了制備參數(shù)（濺射氣壓、濺射功率）和薄膜厚度對YZO薄膜的結(jié)構(gòu)和光電特性的影響；利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡( SEM)、霍爾測試儀以及紫外.可見光分光光度計對YZO薄膜的結(jié)構(gòu)、表面形貌、光學和電學性質(zhì)進行了測量。
　　 1、厚度對薄膜性質(zhì)的影響
　　 當濺射氣壓為2.0 Pa，功率為100 W時，分別制備了厚度為200 n

3、m，400 nm，500 nm，600 nm，800 nm的五個樣品，它們的生長速率約為52 nm/min，基本不隨時間變化。隨著薄膜厚度的增加，YZO薄膜的結(jié)晶變好，ZnO(002)峰強度增強，薄膜晶粒尺寸從30.4 nm增加到了34.6 nm，晶粒較大，但是晶粒隨薄膜厚度變化不明顯；由于載流子濃度變化不大，隨著結(jié)晶變好，晶界散射減小，霍爾遷移率增大，電阻率持續(xù)下降，可獲得的最低電阻率為8.36x10-4Ω-cm，此時遷穆率為15.3

4、 cm2V-1s-1，載流子濃度為4.88x1020 cm-3。在波長為500 nm-800nm的可見光范圍內(nèi)，所有樣品的平均透過率均在90％以上。
　　 2、濺射氣壓對薄膜性質(zhì)的影響
　　 薄膜厚度均為600 nm，濺射功率為100 W，濺射氣壓分別為：0.8 Pa，1.0 Pa，1.6 Pa，2.0 Pa，3.0 Pa。隨著濺射氣壓的提高，薄膜生長速率呈下降趨勢，當0.8 Pa時的56 nm/min降至3.0 Pa時

5、43 nm/min，晶粒尺寸由47.4 nm減小到31.5nml，薄膜的結(jié)晶質(zhì)量變差。在1.0 Pa時，濺射速率快，薄膜中氧空位多，載流子濃度高可達5.2x1020 cm-3，由于電離雜質(zhì)散射的影響，霍耳遷移率降低為10.8cm2V-1s-1。濺射氣壓為2.0 Pa時，可獲得最低的電阻率8.9x104Ω-cm，此時載流子濃度降至4.92×1020 cm-3，霍爾遷移率變?yōu)?4.2 cm2V-1s-1。隨著濺射氣壓的增加，薄膜的透過率有所

6、降低，但是所有樣品在可見光區(qū)域內(nèi)的平均透過率均超過了89％。
　　 3、濺射功率對YZO薄膜性質(zhì)的影響
　　 薄膜厚度為600 nm，濺射氣壓2.0 Pa，襯底不加熱，濺射功率分別為：40W，50 W，60 W，90 W，llOW。隨著濺射功率由40 W增加到11OW，濺射速率明顯增大，從15 nm/min增加到56 nm/min?？傮w來看，晶粒尺寸變化不大，基本在33 nm-38 nm之間。當濺射功率為90 W時，載流

7、子濃度達到最大為4.99×1020 cm-3，霍耳遷移率只有14 cm2V-1s-1。最佳功率為50 W，其電阻率為8.71×10-4Ω-cm，載流子濃度為4.25×1020 cm-3，霍爾遷移率為16.8 cm2V-1s-1。隨著濺射功率的增加，高能粒子對薄膜造成損傷，結(jié)晶質(zhì)量變差，導致光子的散射和吸收增加，薄膜在可見光波段的平均透過率降低，但是平均透過率均在90％以上，說明YZO具有良好的透光性。從帶隙來看，隨著濺射功率的增加，帶隙