(Al%2cZr)共掺杂ZnO透明导电薄膜的结构以及光电性能研究

合集下载

Al掺杂ZnO薄膜的微结构及光学特性研究

的。实验所用靶材为纯度优于９．９Ｚ９９ｎ靶（径直６ｍｍ，度４０厚ｍｍ）样品ａｂＣｄ表示Ａｌ，、、、的掺杂面积分别为０２５、．和１．（形Ａｌ的面积与、．５０００扇片溅射靶的面积比）所对应的Ａｌ，的掺杂浓度分别为０、０９、．６和３７（子分数）靶与衬底距离．０１６％．８原，
ｍｉ，射功率为１０，积时间１，底温度ｎ溅０Ｗ沉ｈ衬
２０。并进行４０真空退火１。样品的结构特性０℃ ０℃ ｈ用英国Ｂｄｅｅ公司制造的ＢｄＤ１多功能Ｘ射线衍射ｅｅ
仪（ＲＤ；ｕ＝０１４５ｎ进行表征；品的表面ＸＣＫａ．５０６ｍ）样
文章编号：０１９３（ＯＯ０ —３７０１０－７１２１）８１１ —４
１引言
近年来，人们开始对ＺＯ薄膜，别是Ａ１杂氧ｎ特掺
形貌采用扫描电子显微镜（ＥＳＭ）进行观察；薄膜的可
化锌（ｏ）膜研究有了浓厚的兴趣。大部分文献报ＡＺ薄道，溶胶一胶和射频磁控溅射等方法ｌ可制备用凝＿１ＡＺ薄膜，射频溅射法制备ＡＺ薄膜所用靶材为Ｏ且ＯＺＯ：ｎＡ１陶瓷复合靶。与此不同，笔者采用将高纯度
孟军霞等：掺杂ＺＯ薄膜的微结构及光学特性研究Ａｌｎ

铝钛共掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备与性能研究

膜的可见光区平均透过率大于８。溅射压强对薄膜的电阻率和微观结构有显著影响。９关键词：ＡＺ薄膜；透明导电薄膜；射压强；控溅射ＴＯ溅磁
文献标识码：ＡＤ：１．７８ＹＹ２１２０．１１ＯＩ０３８／ＪＸＳ０１６２０６中图分类号：Ｔ０．Ｎ３４２
第２卷６
第２期
液晶与显
示
Ｖｏ．．．１２６Ｎｏ２Ａｐ．，０１ｒ２１
２１０１年４月
ＣｈｎｓｏｒａｆＬｉｕｄＣｒｓａｓａｄＤｉｐａｓｉｅｅＪｕｎｌｏｑｉｙｔｌｎｓｌｙ
文章编号：０７２８（０１０１１０１０ —７０２１）２０６—４
ＴＡＺＯｉｓａｅｉｅｔｇｔｄＴｈｅｅｅｉｅａｌｒｓｔｈｏｔｔａｌｔｐｏｉｅｉｍｓａｅｆｌｒｎｖｓｉａｅ．ｍｘｐｒｍｎｔｅｕｌｓｓｗｈａｌｈｅｄｅｓｔｄｆｌｒ
ｓｂｔａｅｌｎｈ — ｘｓｕｓｒｔｓａｏｇｔｅｆａｉ．Ｗｈｎｔｅｓｕｔｒｎｒｓｕｅ．。ｔｅｌｗｅｔｒｓｓｉｉｙｉｅｈｐｔｅｉｇｐｅｓｒｓｉ７５Ｐａｈｏｓｅｉｔｔｓｖｓ
３３ ×１一．４０Ｑ・ｃｍ．Ａｌｔｅｆｌｒｓｎｉｈｔａｓｉａｃｆａｏｅ８ｌｈｉｍｓｐｅｅｔａｈｇｒｎｍｔｎｅｏｂｖ９ｔｉｈｉｉｌｎｔｅｖｓｂｅ

Al元素掺杂ZnO透明导电薄膜专利技术综述

科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald71工业技术DOI：10.16660/ki.1674-098X.2018.02.071Al元素掺杂ZnO透明导电薄膜专利技术综述于慧泽赵亮(国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心天津 300304)摘要:本文从探究专利分布和布局的角度出发，选择以Al元素掺杂ZnO透明导电薄膜作为主题，通过标准的检索方式，使用关键词并结合国际专利分类号，对全球专利检索数据库中的全球发明专利申请进行了全面的检索，得到相关的发明专利申请，对上述数据进行细致的手工筛选分类，并作了深入研究分析，揭示了我国Al元素掺杂ZnO透明导电薄膜领域内发明专利申请的当前状况和未来的发展趋势。

关键词：ZnO透明导电薄膜 Al族掺杂专利布局核心专利中图分类号：TN304 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)01(b)-0071-02Abstract : This article reviews the global patent and patent application in the field of Al doped ZnO transparent conducting thin film through standard searches using key words and international patent classification. In the study of global patents, we analysis the current situation and future development trend of Al doped ZnO transparent conducting thin film.Key Words ：ZnO transparent conducting film；Al；Dope；Patent Deployment; Key Patent1 概述1.1 掺杂透明导电薄膜及其技术优势ZnO薄膜的禁带宽度一般在3.2～3.4eV之间，通过掺杂可以使禁带宽度扩展到5eV。

Al—N共掺杂制备ZnO薄膜及其性能研究

Al—N共掺杂制备ZnO薄膜及其性能研究【摘要】运用真空射频磁控溅射[1]反应系统（JGP500D1）进行薄膜沉积，在经过镜面抛光过的Si单晶片衬底上[2]，利用掺杂质量2%Al的ZnO：Al陶瓷靶（纯度为99.99%），采用施主-受主共掺杂的方法，在N2于Ar体积比1：1的混和气体的气氛下，制备了Al-N共掺杂的ZnO薄膜。

探讨了掺杂对薄膜晶体结构、表面形貌及电学性能影响。

【关键词】AL-N共掺杂；ZnO薄膜；磁控溅射0 引言ZnO作为一种宽带隙（禁带宽度为3.37eV）的光电半导体材料[3]，ZnO是II-VI族化合物，具有禁带宽、激子束缚能高，不仅能制成良好的半导体和压电薄膜，亦能通过掺杂制成良好的透明导电薄膜，此外，ZnO薄膜的外延生长温度较低，有利于降低设备成本，抑制固相外扩散，提高薄膜质量，也易于实现掺杂。

ZnO薄膜所具有的这些优异特性，因而被广泛应用于太阳能电池、液晶显示、透明导电膜（TCO）、气敏传感器、表面声波器件（SAW）、压敏器件、紫外光探测器、显示以等方面[4]。

目前，对ZnO半导体材料研究的热点和重点在于：（1）如何获得性能优异且可重复生长的p型ZnO；（2）ZnO纳米结构的生长极其特殊性能的研究与应用。

实验靶材：掺杂质量2%Al的ZnO：Al陶瓷靶衬底：ITO（In2O3：Sn）玻璃、n-Si（111）、普通载玻片靶基距：11cm衬底温度：室温（RT）、150℃、250℃、300℃工作气氛：Ar（99.99%）、N2（99.99%）气体流量：Ar：25sccm、N2：25sccm工作气压：1.6Pa溅射功率：125W溅射时间：30min1 表面形貌（1）（2）（3）（4）图1 不同衬底温度下制备Al-N共掺杂的ZnO薄膜AFM图像如图1所示，（1）、（2）、（3）、（4）分别代表衬底温度室温（RT）、150℃、250℃、300℃时n型Si（111）衬底表面溅射沉积的Al-N共掺杂的ZnO薄膜的AFM图像。

铝钛共掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备与性能研究_郭美霞

7.5 Pa
4000
2000 0
6.0 Pa
4000
2000
4.5 Pa
0
4000
2000
3.0 Pa
0
4000
2000
1.5 Pa
0
25
30
35
40
45
50
2兹 / (°)
图１不同溅射压强下薄膜的ＸＲＤ图谱Ｆｉｇ．１ＸＲＤｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｅＴＡＺＯｆｉｌｍｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
图３给出了５个ＴＡＺＯ薄膜样品透过率随波长的变化曲线。从图中可知，在可见光范围内（４００～７６０ｎｍ）薄膜的平均透过率都超过８９％，还可以看出每个样品在４００～８００ｎｍ范围内有明显的干涉效应，导致透过率出现波动。薄膜的透过率较高，说明薄膜结晶程度较好，缺陷较少，晶粒形状规则，薄膜的表面比较光滑，薄膜反射率和消光系数减少，透过率增加。
２实验方法
２．１样品制备采用底上制备ＴＡＺＯ薄膜。所用靶材分别由纯度为９９．９９％的ＺｎＯ、９９．９９％ＴｉＯ２和９９．９９％的Ａｌ２Ｏ３粉末经高温烧结而成。靶材直径为７５ｍｍ，厚度为３ｍｍ。其中Ａｌ２Ｏ３的质量分数为１．５％，ＴｉＯ２的质量分数为１．０５％，ＺｎＯ的质量分数为９７．４５％。系统的本底真空度为５．０×１０－４Ｐａ，溅射功率为８０Ｗ，时间为３０ｍｉｎ，靶与衬底之间的距离为６０ｍｍ。溅射所采用的气体为９９．９９９％的高纯氩气，溅射镀膜时氩气流量为３０ｃｍ３／ｍｉｎ，溅射压强从１．５Ｐａ增加到７．５Ｐａ，制备了５个不同的薄膜样品。衬底为普通玻璃，在放入溅射室之前先后经过丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗，再经红外干燥后装入溅射室。２．２样品测试

Al-Y共掺杂ZnO透明导电薄膜制备及光电性能研究

３６
中山大学学报（自然科学版）
第５０卷
１实
验
偏离，衍射峰强度逐渐减弱。这与文献中报道的掺杂效果类似＿。由于Ａ¨和Ｙｚ “ 的掺杂替ｌｌ３对ｎ代造成晶格畸变，掺杂浓度越大，晶格畸变现象也
以乙酸锌（ｎ（ＨＣＯ・Ｈ０）为原料，ｚＣ，Ｏ）２
Ｙ共掺杂ＺＯ透明导电薄膜，研究掺杂浓度对薄ｎ
共掺杂，Ａ、Ｇｌｄ共掺杂，Ａ、ｚ共掺杂，Ａ、ｃｌｒｌｒ
膜晶体结构、透光性及导电性的影响。探讨薄膜的结构与透射率，及导电性能之间的关系。
共掺杂和Ａ、ｃ共掺杂ＺＯ薄膜等Ｊｌ０ｎ，而未见
－
ｙ０为掺杂剂源，配制成前驱体溶液，使溶液中
总的金属离子浓度为０５ｍｏＬ．ｌ。配制的溶液稳定、／
透明。通过旋涂成膜方法，将前驱体溶液均匀地涂覆在载玻片上。匀胶转速为３００ｒｍｎ０ｉ，时间３／０
ｓ。为达到所需的膜厚，薄膜的制备过程采取多次
收稿日期：２１０—０００—１１
基金项目：国家自然科学基金资助项目（１７００１７０７；广东省自然科学基金资助项目（２１０００３７６１６１，６１２２）￥０１１０１９）作者简介：阳生红（９６年生）１６，男，博士，副教授；通讯作者：张日理；Ｅｍｉｔｙ＠ｍａ．ｙｕｅｕａ－ａ：ｓｚｌｌｓｉｓｓ．ｄ．ｎｌ
第５卷０
２１年０１

ZnO透明导电薄膜结构与特性

沈阳工业大学毕业实习报告题目：ZnO透明薄膜结构与特性研究班级： ________________学号：_________________姓名：__________________沈阳工业大学应用物理系制2012年10月ZnO透明薄膜结构与特性研究摘要：ZnC是一种适用于在室温或更高温度下应用的短波长发光材料，在光电子器件领域有着广阔的应用前景。

本论文利用溶胶一凝胶法制备透明ZnO导电薄膜。

利用扫描电子显微镜(SEM^HX射线衍射(XRD)测试，结果表明薄膜具有明显择优取向生长，分光光度计测试的370nm以下的紫外光全部吸收，而在可见光透过率高达85%。

通过在胶中制备A13+掺杂的ZnO薄膜并进行光电特性方面的研究。

发现有如下结果:(1) ZAO薄膜仍保持着ZnC六角纤锌矿结构；(2)ZAO的光致发光峰较ZnC发生蓝移;(3)ZAO的拉曼光谱随A13+的掺杂浓度不同发生改变；(4)A1 3+的引入,薄膜的导电性能提高，在Af+掺杂浓度为1%并在700度退火处理时，电导率可达1.3x1O3S/cm。

关键词：ZnO 光电材料透明薄膜溶胶-凝胶法Al 3+掺杂光学性能六角纤锌矿电导率第一章引言1.1 ZnO的基本特性及应用ZnO作为一种多功能的n —vl族直接宽禁带化合物半导体材料，多年来一直受到研究者的青睐，主要原因是由于ZnO材料的光电、压敏、气敏等特性以及它的无毒性，低成本等原因。

含过量Zn的ZnO: Zn很早就被作为一种场发射材料来研究，用于场发射低压平板显示ZnO纳米粒子比表面大，表面有很多氧空位和悬键，其表面吸收和光催化活性强，可用作光催化材料，由于ZnO在可见光区几乎没有吸收，Al、Ga等元素掺杂的ZnO薄膜是一种优良的透明导电材料，可用做太阳能电池、发光及显示器件的电极。

过渡金属元素Fe、Co、Ni、M n等掺杂的ZnO薄膜是一种半导体磁性材料，可用于制作磁光器件。

随着ZnO光泵浦紫外受激辐射的发现和p型掺杂的获得” ZnO作为一种新型的光电材料，在紫外探测器、发光二极管(LEDs)、激光二极管(LDs) 等领域显示出巨大的应用潜力。

Al共掺杂对ZnO基透明导电薄膜光电性质和晶体结构的影响-论文

第35卷第4期2014年4月发光C H I N E S E J O U R N A L学报O F L U M I N E S C E N C EV oI．35N o．4A pr．，2014文章编号：1000-7032(2014)04-0393-06H／A I共掺杂对Z nO基透明导电薄膜光电性质和晶体结构的影响宋秋明H，吕明昌1一，谭兴1’2，张康1，杨春雷1中围科学院深圳先进技术研究院中国科学院香港中文大学深圳先进集成技术研究所光伏太阳能研究中心，广东深圳5180552中国科学技术大学纳米科学技术学院．江苏苏州215123)摘要：利用H在ZnO中作为浅施主杂质的特性，研究了H掺杂对Z nO：A1透明导电薄膜特性的影响。

通过降低ZnO：A1中A1的含量并同时引入H掺杂，解决了透明导电薄膜中高导电性与高透过率之间的矛盾。

H 的掺杂可以显著降低ZnO基透明导电薄膜的电阻率，这是由于H一方面作为施主可以提供电子从而提高了自由载流子浓度；另一方面与Z nO品界中的O一结合降低了晶界势垒，提高了载流子迁移率。

利用H掺杂，可以在A l掺杂量降低10倍的情况下，仍然能获得低电阻率(6．3X10’4n-em)的透明导电薄膜，同时其近红外波段(1200nm)透光率从64％提高到90％。

这种具有高导电性和高透光性的透明导电薄膜可以应用于各类薄膜太阳能电池中以提升器件效率。

关键词：H／A I共掺杂Z nO；自由载流子吸收；磁控溅射；薄膜太阳能电池中图分类号：0484．4文献标识码：A D O I：10．3788／f gxb20143504．0393I nf l uence of H／A!C o-dopi ng on E l et r i c al and O pt i cal Pr oper t i es andC r ys t al St r uct ur e of Z nO-ba s ed Tr a ns pa r e nt C onduc t i ng Fi l m sSO N G Q i u．m i n91+，LY U M i ng—chan91’2，T A N X i n91'2，Z H A N G K a n91，Y A N G C hun—l ei (1．Cent erf or Phot m Joha i cs and Sol a r En e r gy．C A S／C U H K S h enzhe n I n s ti t u t e of A dva nced I nt egr at i on Technology．Sher t dt en Ins t i t ut es of A dva nced T ec hnol ogy，C hi nese A c ade m y"of Sci enc es，Shenzhe n518055，C h i n a；2．N a no Sci ence and Tech nol og)’I ns t i t u t e，U ni v er s i t y r J厂Sci ence at td T ec hnol o gy of C hi na，S uzhO U215123，Chi na)}Cor r esp on di n g A ut h or．E—m ai l：qm．song@s l at．ac．cnA bs t r a ct：B y i ncor po r at i ng s ui t abl e a m ount of H dopant s a nd l ow e r i ng t he A1cont ent s，t h e confl i ct sbet w e en l ow r e si s t i vi t y a nd hi gh t r ans m i s s i on i n t r ans p ar ent conduct i ng f i l m s ha ve been s ucces s f ul l y sol ve d．T he r e duc ed r e si s t i vi t y of ZnO：A1f i l m s by hydr oge n dopi ng is at t r i but ed t o t he i ncr ease dc ar ri er dens i t y a nd c ar ri er m obi l i t y．H ydr oge n be ha ves a s a shal l o w donor i n Z nO a nd ca n pr ovi depl ent y of el e ct r ons．M ost i m por tant l y，i t ca n i ncreas e t he c ar ri er m obi l i t y eff ect i vel y by l ow er i ng t he pot ent i al barr i er bet w e en Z nO gr ai ns due t o t he pas s i v at i on of O—de f ect s ar ound gr ai n boundari es．T he c ar ri er m obi l i t y ca n al s o be i ncr ease d due t o t he l e s s i m pur i t y s cat t er i ng i nduc ed by t he l ow er i ng of A1dopant s i n Z nO f i l m s．W i t h hydr oge n dopi ng，l ow r es is t i vi t y(6．3X10“Q c m)Z nO：A1 s am pl es w i t h onl y1／10of A1cont ent s c om par ed t o convent i onal A ZOf i l m s can be got．T he opt i cal t r ans m i t t ance i n nea r i nf r ar ed r egi on(1200nm)i ncreases f r om64％t o90％by com par i ng sa m pl es w i t hou t a nd w i t h H-dopi ng is s how n．T hi s ki nd of hi gh conduct i vi t y a nd hi gh t r ans m i t t ance Z nO t hi nf i l m w i l l be excel l entt r ans p ar ent conduct i ng oxi de ca ndi dat e for var i oust yp es of t hi n-fi l m s ol ar ce l l st o i m pr ove t he eff i ci ency of t he de vi c e．K ey w or ds：H／A I C O dope d ZnO；f ree car r i er s abs or pi on；m aguet r on sput t er i ng；t hi n f i l m sol ar cel l s收稿E l期：2013．12-03：修订日期：2014．01．06基金项目：国家自然科学基金(51002178)；深圳市科技创新委项目(ZY C201105180487A)资助发光学报第35卷1引言Z nO是一种宽禁带n型半导体材料．其禁带宽度约为3．3eV，因此在可见光范围内具有很高的光学透过率(>85％)。

透明导电ZnO_In薄膜光电性能的研究进展

2. 1. 2
溶胶凝胶法 ( Sol gel)
溶胶凝胶法是一种高效的制膜技术, 一般以醋酸锌为原料 , 在较低的温度下, 把锌的化合物以液相沉积出来, 直接制成涂层, 并退火得到多晶结构。溶胶凝胶法成膜均匀性好, 对衬底的附着力强, 可精确控制掺杂水平 , 设备简单, 制备成本低, 适用于批量生产。图 2 ZnO 的能带结构 Fig. 2 Band structure of ZnO[24]
0
引言
透明导电 ZnO 薄膜是一种新型的族宽禁带半导体
电机制和提高光电性能的途径进行了简要讨论。
1
ZnO 的结构与特点
纤锌矿的 ZnO 属六角晶系, 其空间群为 P63 m c[ 23] , 结构
氧化物材料 , 具有可见光范围透过率高和电阻率低的特点 , 在太阳能电池、平板显示、特殊功能材料以及智能窗口材料领域具有广阔的应用前景[ 1- 10] 。与现在广泛应用的透明导电材料 IT O( In2 O 3 Sn) 相比 , ZnO 中的 Zn 在地壳中含量丰富 , 价格便宜, 无毒 , 并且 ZnO 薄膜的制备工艺简单, 能有效地降低成本。未掺杂的 ZnO 由于电阻率高、不稳定等缺点而未得到广泛应用。通常采用 B、 Al 、 Ga、 In 等 A 族元素对 ZnO 进行掺杂以提高其导电性和热稳定性。掺杂的效果取决于元素的电负性以及其离子半径与 Zn 离子半径差别的大小。与 B 、 Al 、 Ga 相比, In 的离子半径与 Zn 的更加接近 [ 9] , 这样 In 掺入后所导致的晶格畸变就比较小 ; 同时, In 具有较大的电负性 , 不如 A l、 Ga、 Zn 活泼 , 不易形成氧化物 , 更有利于 In 以替位的形式存在于晶格中 , 提高薄膜的导电性[ 11] 。本文从晶体结构和能带结构出发, 综述了近年来 In 掺杂 ZnO( ZnO In) 薄膜光电性能的研发概况, 并对其透明导

膜厚对Zr_Al共掺杂ZnO透明导电薄膜结构和光电性能的影响_袁玉珍 (1)

第39卷第1期人工晶体学报 V o.l 39 N o .1 2010年2月 J OU RNAL OF SYNTHET IC CRY S TAL S F ebrua ry ,2010膜厚对Zr,A l 共掺杂ZnO 透明导电薄膜结构和光电性能的影响袁玉珍1,王辉1,2,张化福1,刘汉法1,刘云燕1(1.山东理工大学理学院,淄博255049;2.山东理工大学材料科学与工程学院,淄博255049)摘要:采用直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备出Z r ,A l 共掺杂Z n O (A ZZO )透明导电薄膜。

用XRD 和SEM 分析和观察了薄膜样品的组织结构和表面形貌。

研究表明:制备的A ZZO 透明导电薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有c 轴择优取向。

另外还研究了薄膜的结构、光学和电学性质随薄膜厚度的变化关系。

当薄膜厚度为843nm时,电阻率具有最小值1.18@10-38#c m,在可见光区(500~800n m )平均透过率超过93%。

关键词:磁控溅射;Z r ,A l 共掺杂ZnO;膜厚;透明导电薄膜中图分类号:O 484;TN 304.055 文献标识码:A 文章编号:1000-985X (2010)01-0169-05E ffect of F ilm Thickness on Structure and Optoel ectrical Properties ofZr,A l Co -doped Zn O T ransparent Conducti ng Thi n Film sYUAN Yu-zhen 1,WANG H ui 1,2,Z HANG H ua-fu 1,L I U H an-fa 1,LI U Yun-yan1(1.S chool of S ci en ce ,Shandong Un ivers i ty of Tec hno l ogy ,Zi bo 255049,Ch i na ;2.S chool ofM at eri als S ci en ce and Eng i neeri ng ,Shandong Un i versit y ofTechnol ogy ,Zibo 255049,Ch i na)(R eceive d 26June 2009,acce p t e d 2Se p te m be r 2009)Abst ract :A ,l Zr co -doped ZnO transparent conducting t h i n fil m s w ere successfully prepared on g lasssubstrates by DC m agnetr on sputtering at roo m te mperature .Str ucture and surface m orpho logy of A ,l Zrco -doped ZnO thin fil m s w ere i n vesti g ated by XRD and SE M,respectively .The experi m ental resultssho w ed that a ll the fil m s are po lycrystalli n e w ith a hexagonal str ucture and a preferred o rientation a l o ngthe c -ax is .The structural and pho toelectrical properti e s o f the fil m s w ere st u died for d ifferent thickness i ndeta i.l The lo w est resisti v ity is found to be about 1.18@10-38#c m and the average trans m ittance i n thev i s ible range is over 93%w hen the thickness of fil m is 843n m.K ey w ords :m agnetron sputtering ;Zr ,A l co -doped ZnO;fil m th i c kness ;transparent conducti n g fil m s收稿日期:2009-06-26;修订日期:2009-09-02基金项目:山东理工大学/功能材料0研究创新项目(CX0602)作者简介:袁玉珍(1957-),女,福建省人,教授。

Al掺杂ZnO薄膜的微结构及光学特性研究

Al掺杂ZnO薄膜的微结构及光学特性研究*孟军霞,马书懿,陈海霞,陶亚明,侯丽莉,贾迎飞,尚小荣(西北师范大学物理与电子工程学院,甘肃兰州730070)摘要: 采用射频磁控溅射方法在玻璃衬底上制备出不同Al掺杂量的ZnO(AZO)薄膜。

利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致荧光发光(PL)等系统研究了不同A l掺杂量对ZnO薄膜的结晶性能、表面形貌和光学特性等的影响。

结果显示,随着Al掺杂量的增加,薄膜的(002)衍射峰先增强后减弱,同时出现了(100)、(101)和(110)衍射峰,表明我们制备的AZO薄膜为多晶纤锌矿结构,适量的A l掺杂可提高ZnO薄膜的结晶质量,然而AZO薄膜的表面平整、晶粒致密均匀。

薄膜在紫外可见光范围的透过率超过90%,同时随着Al掺杂量的增加,薄膜的光学带隙值先增大,后减小。

这与采用量子限域模型对薄膜的光学带隙作出相应的理论计算所得结果的变化趋势完全一致。

关键词: 磁控溅射法;AZO薄膜;结构特性;光学特性;量子限域中图分类号: O484.4;O484.5文献标识码:A 文章编号:1001 9731(2010)08 1317 041 引言近年来,人们开始对ZnO薄膜,特别是Al掺杂氧化锌(AZO)薄膜研究有了浓厚的兴趣。

大部分文献报道,用溶胶凝胶和射频磁控溅射等方法[1,2]可制备AZO薄膜,且射频溅射法制备AZO薄膜所用靶材为ZnO Al陶瓷复合靶。

与此不同,笔者采用将高纯度的扇形金属Al片加在Zn靶上共溅射的方法,并通过改变溅射靶上扇形Al片的面积与溅射靶的面积比来改变Al的掺杂量,而没有用昂贵的复合靶和耗时的溶胶凝胶法。

掺杂不仅提高了ZnO薄膜的发光强度,还可以调节薄膜的禁带宽度。

随着对掺杂ZnO薄膜发光特性研究的不断深入,发现了许多不同波长的发光峰,特别是最近发现的蓝紫发光峰[3,4],使得掺杂ZnO有可能成为继GaN之后又一种新的蓝光材料。

In掺杂ZnO透明导电薄膜光电性质的研究

收稿日期:2008-06-25.　基金项目:教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET 20520764);重庆大学研究生创新基金项目(200801A1,B0060265).材料、结构及工艺In 掺杂ZnO 透明导电薄膜光电性质的研究方　亮1,2,彭丽萍1,杨小飞1,李艳炯1,3,孔春阳4(重庆大学1.应用物理系;2.光电技术及系统教育部重点试验室,重庆400030;3.重庆光电技术研究所,重庆400060;4.重庆师范大学应用物理系,重庆400047)摘　要:　采用射频磁控溅射技术成功制备出无掺杂和In 掺杂的ZnO 透明导电薄膜。

研究了In 掺杂对薄膜的结构和光电性能的影响。

结果表明,In 掺杂有利于提高ZnO 薄膜结晶度,使薄膜表面更加致密平整;由于In 3+替代了Zn 2+,提供了大量的剩余电子,使薄膜的导电性质得到了很大的提高,所得薄膜的最小电阻率为4.3×10-3Ω・cm 。

制备的ZnO 薄膜在可见光范围的透过率达到了85%,In 的掺杂对透光率的影响不大。

关键词:　In 掺杂ZnO 薄膜;透明导电;光电性质;磁控溅射中图分类号:O484.4　文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2009)01-0063-04Study of Electrical and Optical Properties of T ransparent Conductive In 2doped Z nO Thin FilmsFAN G Liang 1,2,PEN G Li 2ping 1,YAN G Xiao 2fei 1,L I Yan 2jiong 1,3,KON G Chun 2yang 4(1.Dept.of Applied Physics;2.K ey Lab.of Optoelectronic T echnology and Systems of the Education Ministry of China ,Chongqing U niversity ,Chongqing 400030,CHN;3.Chongqing Optoelectronics R esearch Institute ,Chongqing 400060,CHN;4.Dept.of Applied Physics ,Chongqing N orm al U niversity ,Chongqing 400047,CHN )Abstract :　Transparent conductive t hin films of un 2doped and In 2doped ZnO t hin films have been prepared by RF magnetron sp uttering.The influence of In doping on t he struct ure ,elect rical and optical properties of t he films were st udied.It shows t hat t he crystal quality of t he films get better ,t he surface get dense and smoot h and t he t ransmittance of t he films change slightly as doping In into t he films.The substit ution of Zn 2+by In 3+in t he films gives lot s of elect ron ,which act as free carriers ,and enhance t he conductivity of t he films.The lowest resistivity of t he films obtained is 4.3×10-3Ω・cm ,and all t he films has a high t ransmittance of 85%in t he visible range.K ey w ords :　In 2doped ZnO t hin films ;t ransparent conductive ;optical and elect rical properties ;magnet ron sp uttering0　引言ZnO 是一种新型的Ⅱ2Ⅵ族宽禁带半导体氧化物材料,具有较大的激子能量(60meV )、在可见光范围透过率高和电阻率低等特点,在太阳电池、平板显示、特殊功能材料以及智能窗口材料领域应用广泛[125]。

掺铝氧化锌_AZO_导电薄膜的研究进展_张亚萍

３．４溶胶－凝胶（Ｓｏｌ－Ｇｅｌ）法
溶胶 —凝胶（Ｓｏｌ－Ｇｅｌ）法是一种高效的边缘制膜技术，一般以醋酸锌为原料。在较低温度下，使锌的化合物经液相沉积出来，直接制成涂层，并退火得到多晶结构，还可利用ＡｌＣｌ３·２Ｈ２Ｏ或Ａｌ（ＮＯｌ法便于化学计量控制前驱体溶液，容易修改成份，可定制显微组织，容易引入各种官能团或封装传感元件，成膜均匀性好，对衬底附着力强，生长温度低，且无需真空设备，成本低，适于批量生产。
ＺＨＡＮＧＹａ－ｐｉｎｇ，ＬＩＱｉ－ｊｉａ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｎＸｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈａｎＸｉＸｉａｎＹａｎｇ７１２０８１，Ｃｈｉｎａ）
张亚萍，李启甲：掺铝氧化锌（ＡＺＯ）导电薄膜的研究进展文章编号：１００６－６２６８（２００６）０３－００５１－０４
总第６１期
掺铝氧化锌（ＡＺＯ）导电薄膜的研究进展
张亚萍，李启甲（陕西科技大学材料科学与工程学院，陕西咸阳７１２０８１）
摘要：综述透明导电薄膜的性能、种类、制备工艺、研究及应用状况，重点讨论掺铝氧化锌
金属材料Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ１００～１０５６０～８０
氧化物半导体
ＺｎＯ、β－Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ－ＺｒＯ２、ＺｎＯ－Ａｌ２Ｏ３
１００～１０５
７５～９５
导电性氮化物ＴｉＮ、……ＨｆＮ

氧化锌透明导电薄膜的制备与性能研究

氧化锌透明导电薄膜的制备与性能研究在现代电子技术和光电领域中，透明导电薄膜的应用越来越广泛，其中最具代表性的是氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜。

然而，ITO薄膜具有价格昂贵、易碎、耐蚀性差等问题，因此开发一种性能更好、成本更低的透明导电薄膜显得尤为重要。

在这种情况下，氧化锌透明导电薄膜作为最有潜力的替代材料之一，备受关注。

一、氧化锌透明导电薄膜的制备方法氧化锌透明导电薄膜通常采用物理蒸发和溅射法两种方法进行制备。

其中，物理蒸发法是一种产生气态金属物质，以在样品表面沉积导电薄膜的方法，相对来说比较简单快捷。

而利用直流磁控溅射技术制备氧化锌薄膜更常用，其优点是可以通过改变设备参数、材料的化学组成以及加热条件来控制薄膜的性质和厚度等参数。

二、氧化锌透明导电薄膜的性能研究表面等离子体共振(SPR)技术用于测试氧化锌透明导电薄膜的光学性质，结果表明其具有较高的透明度和导电性能。

X光光电子能谱(XPS)和拉曼光谱测试结果表明，氧化锌薄膜具有良好的化学稳定性和结晶性。

在现代显示技术中，氧化锌透明导电薄膜可以用作平板显示器、液晶显示器等方面。

同时在光电转换领域，氧化锌透明导电薄膜的优异的光认知性质使得其成为太阳能电池的理想候选材料。

三、氧化锌透明导电薄膜的应用前景从氧化锌透明导电薄膜的制备和性能来看，综合分析发现它可以与其他透明导电材料相比，具有光学透明性较好、抗腐蚀性能、稳定性以及成本低廉等优点。

预计未来将在智能电子、光电显示器、薄膜太阳能电池等领域得到广泛应用。

同时，其制备过程还可以与其他材料进行复合、掺杂等处理，以提高电池效率或者实现其在传感器等领域的应用等。

因此，氧化锌透明导电薄膜是一个非常值得深入研究和发展的材料。

ZnO：Al透明导电薄膜的制备与性能研究

维普资讯
鲁东大学学报（自然科学版）Ｌｄｎｎｅｉｏｒａ（ａｒｌｃｅｃｄｉ）ａｏｇＵｉｒｔＪｎｌＮｔａＳｉｅＥｉｏｌｖｓｙｕｕｎｔｎ２０，２３：９ — ２００６２（）ｌ７ｏ
的重视【Ｊ本文以Ｚ（Ｈｃｏ）・Ｈ０为主要原卜加．ｎＣ３ｏ２２２
异丙醇溶液，按二乙醇胺与Ｚ２：ｎ３２的摩尔比加入二乙醇胺作稳定剂．５￣下充分搅拌形成均匀透在０Ｃ明的溶液．用饱和的Ａ（Ｏ）・Ｈ０乙醇溶液作为ｉＮ３３９２掺杂剂，Ａ／ｎ的重量比为０５，使ＩＺ．％配成均匀的溶胶．采用旋转涂膜法制备薄膜．每涂一层后在不同温度下预处理１ｉ，却到室温后继续涂下一０ｍｎ冷层，直到需要的层数为止，后在不同的温度下热然
从金属的有机盐或无机盐出发，在溶液中通过化合
１２薄膜的制备．
普通玻璃片依次用浓｝），．ｏＬ盐酸溶（６０ｍｌ１／液，ｏＬ的ＮＯ６ｍｌ／ａＨ溶液、离子水、水乙醇超去无声浸泡１ｍｎ然后放入电热鼓风干燥箱中烘干备５ｉ，
ＺＯ透明导电膜作为一种重要的光电信息材ｎ
料，其优良的光电特性使其在太阳能电池、晶显液
示器、反射镜等领域得到广泛应用．掺杂的热铝
ＺＯ透明导电膜（：ｎ简称Ｚ０）ｎＺＯ，Ａ在可见光区内

Al掺杂ZnO透明导电红外反射薄膜的制备与性能研究开题报告

Al掺杂ZnO透明导电红外反射薄膜的制备与性能研究开题报告一、选题背景随着近年来电子显示、光电子和太阳能等领域应用的广泛，对透明导电薄膜的需求越来越大。

ZnO因其稳定性好、透明度高和导电性能好等特性被广泛应用。

然而，单独的ZnO薄膜在可见光范围内的透明度高，但在红外波段内的透过率很低，这限制了其在一些领域的应用，如太阳能电池和热辐射控制器。

将Al元素引入到ZnO薄膜中可以提高其对红外波段的透过率，因此将Al掺杂ZnO薄膜作为透明导电红外反射薄膜受到了研究者的广泛关注。

二、研究内容本论文旨在探究Al掺杂ZnO透明导电红外反射薄膜的制备工艺及其相关性能。

1. 研究前期回顾及趋势分析对现有文献进行综述，了解Al掺杂ZnO薄膜的制备方法、性质研究及应用领域；分析该领域研究进展及前景，明确本次研究工作的目的和意义。

2. 实验材料及方法制备Al掺杂ZnO薄膜的工艺：采用射频磁控溅射法制备Al掺杂ZnO薄膜，利用控制制备条件和薄膜结构、形貌、组成等实验手段，探究影响制备薄膜性质的关键因素。

透过率及反射率测试：使用紫外-可见-近红外分光光度计测试Al掺杂ZnO薄膜的透过率和反射率；分析其在可见光和红外波段的光学性能及特点。

3. 结果和分析对制备的Al掺杂ZnO薄膜进行表征、测试，并对实验结果进行分析和解释。

主要包括Al元素对薄膜物理结构的影响、透过率和反射率的测定结果，以及其相关的透过率及反射率变化趋势分析等。

4. 应用前景展望本实验可实现Al掺杂ZnO透明导电红外反射薄膜的制备，可以为相关领域的应用提供一定的技术基础和参考。

本论文还将对Al掺杂ZnO薄膜的制备工艺、性能进行分析，并展望其在透明电子、太阳能电池、红外传感器等领域的应用前景。

三、预期成果完成对Al掺杂ZnO透明导电红外反射薄膜的制备及性能测试，并对其制备工艺和性质等进行分析，得出一定的研究结论。

通过对该材料在红外波段内的透过率、反射率和光学性能的研究，探究其在未来的应用前景，为该领域研究提供一定的参考和理论依据。

Al-Sn共掺杂ZnO薄膜的结构与光电性能研究

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟Al-Sn 共掺杂ZnO 薄膜的结构与光电性能研究采用射频磁控共溅射法在玻璃衬底上制备出了Al 与Sn 共掺杂的ZnO(ATZO) 薄膜。

在固定ZnO:Al(AZO) 靶溅射功率不变的条件下, 研究了Sn 靶溅射功率对ATZO 薄膜的结晶质量、表面形貌、电学和光学性能的影响。

结果表明, 制备的ATZO 薄膜是六角纤锌矿结构的多晶薄膜, 具有c 轴择优取向, 而且表面致密均匀。

当Sn 溅射功率为5 W 时, 330 nm 厚度的ATZO 薄膜的电阻率最小为1.49 乘以10- 3 欧.cm, 比AZO 薄膜下降了22%。

ATZO 薄膜在400 ~ 900 nm 波段的平均透过率为88.92%, 禁带宽度约为3.62 eV。

ZnO 薄膜是一种真空技术网(chvacuum/)在之前的文章中已经报道了其它元素和Al 共掺杂对进一步改善薄膜性能的影响。

Jiang 等采用射频磁控溅射法制备了Al 和Ti 共掺杂的ZnO 薄膜, 研究发现Ti 的掺杂可以减小AZO 薄膜的电阻率, 但同时也引起AZO 薄膜的透过率发生下降, 制得共掺杂薄膜的最小电阻为7.96 乘以10- 4 欧.cm, 可见光波长范围的平均透过率为75%。

Teehan 等采用射频磁控共溅射法制备了可见光范围的平均透过率为75% 。

另外, 已经有研究者报道了用Sn 掺杂ZnO 后还可以改善其场发射特性。

但是, 对于Al 和Sn 共掺杂ZnO(ATZO) 薄膜的研究却鲜见报道。

本文利用射频磁控共溅射法即Sn 靶和AZO 靶同时溅射制备Al 和Sn 共掺杂的ZnO 薄膜。

所制得的ATZO 薄膜均为六角纤锌矿结构, 而且表面致密均匀。

ATZO 薄膜最小电阻率为1.49 乘以10-3 欧.cm,比未掺杂Sn 的AZO 薄膜的电阻率大为下降, 所有的样品在400~ 900 nm 波长范围的平均透过率大。

Al、H共掺杂ZnO透明导电薄膜的研究的开题报告

Al、H共掺杂ZnO透明导电薄膜的研究的开题报告一、研究背景与意义随着人们对环境保护和节能减排意识的提高，透明导电薄膜在光电领域中的应用越来越广泛。

透明导电薄膜是指具有透明性和导电性能并存的材料，通常用于太阳能电池、智能电子设备、显示屏、光电器件等领域。

而ZnO作为一种优良的透明导电材料，被广泛用于制备透明导电薄膜中。

然而，由于ZnO本身仅具有p型半导体或n型半导体的导电性能，因此需要掺杂其他材料来改性，以提高其导电性和稳定性。

目前，Al 和H的共掺杂已成为一种较为可行的方法，因为Al和H元素的掺杂可以改变晶格结构，引入氧空位和杂质能级，提高ZnO的导电性能和稳定性。

因此，本研究旨在探究Al、H共掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法、结构性能和应用前景，为透明导电薄膜领域的发展做出贡献。

二、研究内容和方法本研究将采用溶胶-凝胶法制备Al、H共掺杂ZnO透明导电薄膜。

首先，将Zn(OAc)2⋅2H2O、Al(O-iPr)3和HAc在等体积的正丙醇中混合，制备氧化锌醇胶。

然后，在醇胶中添加H2O、NaOH和(n-C4H9)3PO4，溶胶-凝胶反应进行。

根据Al、H的不同添加量和掺杂方式，制备出不同掺杂浓度和类型的ZnO透明导电薄膜。

利用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)等分析手段对所制备的薄膜进行结构、性能表征。

最后，通过测试透明度、电阻率等电学性质，验证样品的透明导电性能。

三、预期结果和意义预期所制备的Al、H共掺杂ZnO透明导电薄膜在透明度、电阻率和稳定性等方面将有明显的提高。

并可作为透明导电薄膜在太阳能电池、液晶显示、光学传感和光电控制装置等领域的应用材料。

该研究对于深入了解掺杂材料对ZnO导电性能的影响、探索新型透明导电薄膜的开发和研究透明导电薄膜的制备方法等具有重要的学术和应用价值。

反应磁控溅射掺杂ZnO透明导电氧化物薄膜的研究的开题报告

反应磁控溅射掺杂ZnO透明导电氧化物薄膜的研究的开题
报告
标题：反应磁控溅射掺杂ZnO透明导电氧化物薄膜的研究
背景：ZnO透明导电氧化物薄膜因其广泛应用于太阳能电池、平板显示器等领域，具有重要意义。

但是，纯ZnO透明导电氧化物薄膜在光照强度较高的条件下，光电性能会逐渐降低，因此需要对其进行掺杂处理，以提高其稳定性和可靠性。

研究目的：本研究旨在通过反应磁控溅射技术制备掺杂ZnO透明导电氧化物薄膜，并研究其物理化学性质，为其在太阳能电池、平板显示器等领域的应用提供基础
研究支持。

研究内容：
1.采用反应磁控溅射技术制备掺杂ZnO透明导电氧化物薄膜。

2.通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外可见光谱（UV-Vis）等分析技术对样品进行表征。

3.利用光电化学测试技术研究掺杂ZnO透明导电氧化物薄膜的光电性能，包括光电流密度-电压特性、光谱响应度以及稳定性等。

预期成果：
1.成功制备掺杂ZnO透明导电氧化物薄膜。

2.对样品进行表征，了解其物理化学性质。

3.探究掺杂ZnO透明导电氧化物薄膜的光电性能。

4.为掺杂ZnO透明导电氧化物薄膜的应用提供基础研究支持。

Al掺杂ZnO薄膜的制备研究的开题报告

Al掺杂ZnO薄膜的制备研究的开题报告
题目：“Al掺杂ZnO薄膜的制备研究”
一、研究背景
Al掺杂ZnO薄膜在光电子器件方面有着广泛的应用前景，如太阳能电池、光电探测器和光伏发电等。

目前，科学家们对Al掺杂ZnO薄膜的制备和性能研究进行了广泛的探索和研究。

但是，仍存在一些问题需要解决。

二、研究目的
本研究旨在制备高品质的Al掺杂ZnO薄膜，并探究其结构、光学、电学等性质，为光电子器件的应用提供技术支持。

三、研究内容
1.通过溶胶-凝胶法制备Al掺杂ZnO薄膜；
2.研究Al掺杂ZnO薄膜的结构和晶体缺陷特点；
3.研究Al掺杂对ZnO薄膜的晶格结构、光学、电学等性质的影响；
4.分析Al掺杂ZnO薄膜的应用前景。

四、研究方法
1.采用溶胶-凝胶法制备Al掺杂ZnO薄膜；
2.采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等对薄膜进行性能分析；
3.采用光电流-电压测试仪、分光光度计等进行光电测试。

五、研究意义
通过本研究，可以深入了解Al掺杂ZnO薄膜的结构和性质，为其在太阳能电池、光电探测器和光伏发电等领域的应用提供技术支持和理论指导。

同时，本研究对于提高Al 掺杂ZnO薄膜的光电转换效率有重要的意义。

六、预期成果
1.制备高品质的Al掺杂ZnO薄膜；
2.深入了解Al掺杂ZnO薄膜的结构和性质；
3.探讨Al掺杂对ZnO薄膜的影响；
4.得出Al掺杂ZnO薄膜的应用前景。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

图４是玻璃衬底上不同Ｚｒ掺杂浓度的Ａｌ—Ｚｒ共掺杂Ｚｎ０薄膜电阻率和载流子浓度。由图４可知，随着Ｚｒ掺杂浓度的增加，Ａｌ—Ｚｒ共掺杂ＺｎＯ薄膜电阻率呈现先减小后增大的变化。在ｚｒ掺杂浓度为ｏ．５％（质量分数）时得到最小薄
万方数据
５６２
液
晶
与
显
示
第２２卷
叮
．量昌
昌、曼
褂匿好
溅射气压／Ｐａ
波长，ｎｍ
图６不同Ｚｒ掺杂浓度（ａ）和薄膜厚度（ｂ）的Ａｌ—Ｚｒ共掺杂Ｚｎ０薄膜可见光透射光谱
Ｆｉｇ．６ＴｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅｓｐｅｃｔｒａｏｆＡｌ—ＺｒｃｏｄｏｐｅｄＺｎ０ｔｈｉｎｆｉｌｍｓａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔＺｒｄｏｐｉｎｇｃｏｎｃｅｎ— ｔｒａｔｉｏｎ（ａ）８ｎｄｆｉｌｍｔｈｉｃｋｎｅｓｓ（ｂ）
万方数据
第５期
薛建设，等：（Ａｌ，Ｚｒ）共掺杂Ｚｎ０透明导电薄膜的结构以及光电性能研究
５６３
能是过多掺入的ｚｒ原子形成更多的缺陷，影响其他Ａｌ、ｚｒ原子的活性，减少了载流子的浓度。图５是不同薄膜厚度的ＡＩ—Ｚｒ共掺杂Ｚｎ０薄膜电阻率。薄膜电阻率随着薄膜厚度的增加而呈现下降的趋势。薄膜的后续退火是改善薄膜电导率的一个有效方法。在前期工作中一般在１５０℃退火ｌｈ时，薄膜电阻有最佳的改善效果［１引。经过退
工业最广泛应用的！ｈ２１。氧化铟锡（ＩＴ０）透明导
电薄膜作为一种ＴＣ０薄膜，基于其高透光率
（Ｔ＞９０％）、低电阻率（ｐ～１０－４Ｑ·ｃｍ）和易刻
蚀等优越性能，是目前ＴＣＯ薄膜市场的主流产
品。然而，氧化铟锡透明导电薄膜也有其自身的
缺点，如ＩＴ０靶材的原材料价格昂贵，铟锡矿产
资源相对紧缺、不耐腐蚀性等缺点［３］。随着铟、锡
第２２卷第５期２００７年ｌＯ月
液晶与显示
ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓａｎｄＤｉｓｐｌａｙｓ
文章编号：１００７—２７８０（２００７）０５一０５６０—０５
Ｖ０１．２２。Ｎｏ．５Ｏｃｔ．。２００７
（Ａ１，Ｚｒ）共掺杂ＺｎＯ透明导电薄膜的结构以及光电性能研究
杂元素一般以Ⅲ族元素（如Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ和Ｙ等）或Ⅳ族元素（Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｚｒ和Ｈｆ等）替代ｚｎ原子或者用Ｆ一替代０２吖‘。。其中，掺铝氧化锌（ＺＡ０）薄膜是目前各国所做研究工作最多、最深入的一种氧化锌基透明导电薄膜口“］。近几年人们开始尝试通过共掺杂Ｚｎ０薄膜来获得高性能的透明导电薄膜。目前共掺杂Ｚｎ０透明导电薄膜的研究工作有Ｍｎ－Ａｌ共掺杂ＺｎＯ薄膜［引，Ｎ—Ｉｎ共掺杂Ｚｎ０薄膜［引，Ｇｄ－Ａｌ共掺杂Ｚｎ０薄膜［９］，Ｇａ—Ｂ共掺杂Ｚｎ０薄膜［１州，Ａｌ—Ｃｒ共掺杂ＺｎＯ薄膜‘１１１，Ａｌ—Ｃｏ共掺杂Ｚｎ０薄膜‘１幻等。Ｚｒ单掺杂Ｚｎ０透明导电薄膜的研究报道比较少［１３｜。因此本文将ＺＡＯ薄膜中的小部分杂质铝用Ｚｒ替代，研究Ｚｒ和Ａｌ共掺杂后Ｚｎ０透明导电薄膜的结构、光学和电学性能。
３结果与讨论
图１是在氩气压强为Ｏ．４５Ｐａ，室温沉积不同ｚｒ掺杂浓度的Ａ１一Ｚｒ共掺杂Ｚｎｏ薄膜Ｘ射线衍射谱。薄膜衍射谱上以ＺｎＯ六角纤锌矿结构的（ｏ０２）面衍射峰为主导，这说明薄膜是ｃ轴高度择优取向并垂直于衬底生长的。随着Ｚｒ掺杂浓度的增加（００２）峰减弱，另外，衍射谱上还有相对较弱的（１０１）、（１０２）衍射峰。在薄膜衍射谱上并没有发现Ａｌ、Ｚｒ、金属氧化物以及无定形态Ｚｎ０的衍射峰。这说明Ａ１３十、Ｚ一＋掺入ＺｎＯ替代Ｚｎ２＋并且没有改变Ｚｎ０的六角纤锌矿结构。根据Ｓｃｈｅｒｒｅｒ公式：
火ｌｈ后的电阻率；（ｃ）沉积态薄膜的载流子浓度。
Ｆｉｇ．４ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＡ卜ＺｒｃｏｄｏｐｅｄＺｎ（）ｔｈｉｎ
ｆｉｌｍｓａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＺｒｄｏｐｉｎｇｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．（ａ）
Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅａｓ＿ｄｅｐｏｓｉｔｅｄｆｉｌｍｓ；（ｂ）Ｒｅｓｉｓｔｉ—
火处理后，薄膜电阻率最低降到８．４×１０＿３Ｑ·咖。
图６是不同Ｚｒ掺杂浓度和不同薄膜厚度的Ａｌ—ｚｒ共掺杂Ｚｎ０薄膜透光率。制备的Ａｌ—Ｚｒ共掺杂Ｚｎ０薄膜在可见光波长范围内平均透光率达到８５％以上。薄膜中Ｚｒ掺杂浓度的增加，使薄膜透光性有所改善。一般地，薄膜厚度的增加，薄膜的可见光透光率将降低。
氧化锌基透明导电薄膜的制备方法很多，如磁控溅射法、激光脉冲沉积、溶胶凝胶法。本实验采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备Ａｌ—Ｚｒ共掺杂Ｚｎ０透明导电薄膜。研究不同薄膜厚度对Ａｌ—Ｚｒ共掺杂Ｚｎ（）薄膜的结构、光学和电学性能，以及不同温度下退火处理对薄膜电学性能的影响。
收稿日期：２００７一０３—２７；修订日期：２００７一０６一１４基金项目：北京市科委科技计划资助项目（Ｎｏ．Ｄ０３０６００６００００９ｌ，Ｎｏ．Ｄ１０３０４００２００００２１）
参考文献：
［１］田民波，刘德令．薄膜科学和技术（下）［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９１：５９７—５９８．
［２］曲喜新，杨邦朝，姜节俭，等．电子薄膜材料［Ｍ］．北京：科学出版社，１９９６：８０一８１．
，
［３］ＰｅｉｚＬ．ｚｈａｎｇＸＢ。ｚｈａｎｇＧＰ，以口ｚ。ＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅＺｎｏ：Ａｌｔｈｉｎｆｉｌｍｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｎｅｘ．ｂｌｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ
４结
论
射频磁控溅射技术制备不同Ｚｒ掺杂浓度的Ａｌ—Ｚｒ共掺杂Ｚｎ０薄膜均呈现沿ｆ轴高度择优取向生长，具有六角纤锌矿结构。在室温下，溅射气压的升高使薄膜的沉积率相应增大。薄膜厚度的增加，使薄膜电阻率下降。在最佳掺杂浓度ＺｒＯ：Ｏ．５％＋Ａｌ：０３２％，室温沉积出Ａｌ—Ｚｒ共掺杂Ｚｎ０薄膜最低电阻率２．２×１０＿２Ｑ·ｃｍ。经过１５０℃的退火处理Ａｌ—Ｚｒ共掺杂ＺｎＯ薄膜电阻率进一步降低到８．４×１０ｑＱ·ｃｍ。所制备的薄膜均展现出高透光性，可见光范围内平均透光率达８５％以上。Ｚｒ掺杂浓度的提高使得薄膜的透光性得到改善。
ｊ｛皤
譬蔷｛毫
２趴ｏ）图１室温沉积不同ｚｒ掺杂浓度的Ａ】一ｚｒ共掺杂ＺｎＯ薄
膜Ｘ射线衍射谱Ｆｉｇ．１ＸＲＤｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｅＡｌ—ＺｒｃｏｄｏｐｅｄＺｎ０ｔｈｉｎｆｉｌｍｓ
ｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔＺｒｄｏｐｉｎｇｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｄｅｐｏｓｉｔｅｄａｔｒ００ｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
堡
静
ｖｉｔｙｏｆｔｈｅｆｉｌｍｓｖｉａａａｎｎｅａｌｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔａｔ１５０
鬟
鲴 ℃ｉｎ１ｈ；（ｃ）Ｃａｒｒｉｅｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｓ—ｄｅ—
ｐｏｓｉｔｅｄｆｉｌｍｓ
波长／ｎｍ
膜电阻率２．２×ｌｏ＿２Ｑ·ｃｍ。电阻率的升高与Ｚｎ０薄膜中的最大Ｚｒ掺杂浓度有关。薄膜载流子浓度在０．９７～１．６２（１０１９／ｃｍ３），随着Ｚｒ掺杂浓度的增加，先增大后急剧减小。载流子浓度的增大可能与Ａｌ和Ｚｒ原子填补了Ｚｎ０薄膜中的空位有关，并因此释放了被捕获的载流子，使其可以在Ｚｎ０晶体中迁移。载流子浓度的减小则可
Ｄ＝意‰
式中Ｄ为晶粒尺寸，．：Ｉ为Ｘ射线衍射波长，．：ＩＦｗＨＭ为（Ｏ０２）峰的半峰宽，口为衍射角，所沉积薄膜的晶粒尺寸在２３～２８ｎｍ范围内。图２给出了在氩气压强为Ｏ．４５Ｐａ，室温沉积Ａ１．Ｚｒ共掺杂ＺｎＯ薄膜的表面和侧面形貌图。薄膜表面平整致密，而侧面形貌也说明了薄膜结构为多晶柱状结构。溅射气压在０．３～０．５Ｐａ范围内，Ｚｒ掺杂浓度为Ｏ．５％的薄膜沉积率为１０．９～１４．８ｎｍ／ｍｉｎ变化
万方数据
第５期
薛建设，等：（ＡＩ，ｚｒ）共掺杂Ｚｎ０透明导电薄膜的结构以及光电性能研究
５６１
２实验方法
本实验采用ＪＧＰ４５０型高真空磁控溅射仪，在溅射功率９０Ｗ，本底真空度约２×１０＿４Ｐａ的氩气（纯度９９．９９９％）气氛中沉积ＡＩ—Ｚｒ共掺杂Ｚｎ０薄膜。陶瓷靶的直径为６０ｍｍ，由Ｚｎ０粉（纯度９９．９９％）、Ａｌ：Ｏ。粉（纯度９９．９９％，质量分数２％）、Ｚｒ０：粉（纯度９９．９９％，质量分数０．３％～１％）混匀模压烧结制得。衬底为玻璃（Ｃｏｒｎｉｎｇｅａｇｌｅ２０００）。靶与衬底距离调整为１２０ｍｍ。溅射时，氩气压强在Ｏ．３～Ｏ．５Ｐａ。
图２室温沉积Ａｌ—ｚｒ共掺杂Ｚｎｏ薄膜的扫描电子显微镜照片
Ｆｉｇ．２ＳＥＭｍｉｃｒｏｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓｏｆｔｈｅＡｌ＿ｚｒｃｏｄｏｐｅｄＺｎｏ
ｔｈｉｎｆｉｌｍｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
（如图３）。沉积率随着溅射气压的增大而增大。溅射气压升高，真空室内出现更多数量的Ａｒ离子和二次电子在电场作用下轰击靶材表面，因而更多的靶材成分物质脱离靶材表面淀积在玻璃基片上，沉积率提高。
关键词：氧化锌；透明导电薄膜；电阻率；透光率；射频磁控溅射
中图分类号：０４８４．４
·文献标识码：Ａ
引
言பைடு நூலகம்
透明导电薄膜是在可见光区透光（◇８０％）、
紫外区截至，并且具有较低电阻率（～１０＿４Ｑ·锄）
的一种功能薄膜。透明导电薄膜主要分为：金属
膜系、透明导电氧化物（ＴＣ０）、高分子膜系、复合
膜系、其他化合物膜系等，其中ＴｃＯ薄膜是目前
Ｆｉｇ．５ＲｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｏｆＡｌ－ＺｒｃｏｄｏｐｅｄＺｎｏｔｈｉｎｆｉｌｍｓａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｆｉｌｍｔｈｉｃｋｎｅｓｓ
姑
吕？
藩
皇褂
叫薅
岛
璺