基底温度对直流磁控溅射制备掺铝氧化锌薄膜性能的影响_杨昌虎
基体温度对中频磁控溅射制备的氧化锌镓薄膜性能的影响
基体温度对中频磁控溅射制备的氧化锌镓薄膜性能的影响赵方红;庄大明;张弓;姬杨玲
【期刊名称】《真空科学与技术学报》
【年(卷),期】2006(26)5
【摘要】利用中频磁控溅射方法,溅射Ga2O3含量为5.7 wt.%的氧化锌镓陶瓷靶材,在不同的基体温度下制备了ZGO薄膜。
研究了基体温度对ZGO薄膜的晶体结构、电学和光学性能的影响。
结果表明:基体温度对薄膜的晶体结构、近红外反射率和透射率曲线以及薄膜的导电性能有较大影响。
当基体温度为400℃,溅射功率密度为2.93 W/cm2,氩气压力为0.5 Pa时,薄膜的电阻率低达4.5×10-4Ω.cm,方块电阻为13Ω,平均可见光(λ=400 nm^800 nm)透射率高于90%。
【总页数】4页(P404-407)
【关键词】基体温度;ZGO薄膜;磁控溅射;电阻率;透射率
【作者】赵方红;庄大明;张弓;姬杨玲
【作者单位】清华大学机械工程系
【正文语种】中文
【中图分类】O484
【相关文献】
1.磁控溅射制备镁镓共掺氧化锌透明半导体薄膜及其性能研究 [J], 康淮;陆轴;钟志有;龙浩
2.基体温度和氩气压强对射频磁控溅射制备GZO薄膜性能的影响 [J], 何翔;熊黎
3.衬底温度对磁控溅射制备掺铝氧化锌薄膜的结构和光电性能的影响 [J], 范丽琴
4.功率密度对中频磁控溅射制备的氧化锌镓薄膜性能的影响 [J], 赵方红;庄大明;张弓;查杉
5.衬底温度对磁控溅射法制备掺Ta氧化锌薄膜性能的影响 [J], 杨天琦;李翠平;曹菲菲
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衬底温度对ZnO-Al薄膜热电性能影响的研究
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟衬底温度对ZnO:Al 薄膜热电性能影响的研究本文采用直流磁控溅射的方法在透明玻璃衬底上制备掺铝氧化锌(ZnO：Al，AZO)薄膜，系统研究不同衬底温度对AZO 薄膜热电性能特性的影响。
实验结果表明：所制备的薄膜均呈现出N 型热电半导体特性。
在所制备的样品中，当衬底温度为250℃时，薄膜样品的电导率具有最大值，为1.35 乘以105S/m，但该样品的塞贝克系数较小；当衬底温度达到400℃时，所制得的薄膜样品在测试温度为503K 时，塞贝克系数绝对值和功率因子达到最大，分别为96LV/K 和712 乘以10-4 W/mK2。
不同衬底温度条件下沉积的AZO 薄膜均呈现出六方纤锌矿结构，具有明显的c 轴择优取向，随着衬底温度的增加，薄膜表面颗粒致密度增加，结晶情况改善。
通过表面形貌和剖面分析可知：与其他薄膜样品相比，衬底温度为400℃时，薄膜样品出现更明显的柱状生长趋势，微结构的改变可能是使该薄膜样品热电性能改善的重要原因之一。
随着世界环境污染和能源危机的加剧，能源紧缺是当今世界所面临的重大挑战，如何将低品位热(如工业废热余热、地热、太阳能等)转变成电能，已成为人们越来越感兴趣的研究课题。
热电材料是一种利用材料内部的载流子运动以实现热能和电能之间相互转换的功能材料，把热能有效地转换为电能的温差发电技术中最为核心的材料。
因此，近年来，热电薄膜材料成为新材料领域的研究热点。
氧化锌是一种典型的N 型氧化物半导体，在室温下其禁带宽度约为3.3eV，具有较高的激子束缚能60meV。
长期以来，对ZnO 薄膜的研究主要集中在压电性，透明导电性、光电性、气敏性以及P 型掺杂方面。
近年来，人们发现通过在ZnO 薄膜中掺入合适的元素，诸如Al、Ga 或者。
衬底温度对磁控溅射法制备ZnO薄膜结构及光学特性的影响
将成 为未来光 电子学 、 光化 学 、 电子 学 等领 域半 导体 微 材料研 究 中最具 前景 的材 料 之一 ［ 。Ｚ Ｏ作 为透 明 ２ 叫］ ｎ 导 电氧化 物 薄 膜 时 ， 可 见 光 透 过 率 比铟 锡 氧 化 物 其 （Ｔ 等材料 都要高 出很 多［ 。Ｒ． ．Ｍａｏｔ等［ 指 Ｉ Ｏ） ５ ］ Ｅ ｒｔ ｉ １ ］
为 了进一 步 比 较 系统 地 研 究 制备 条 件 对 Ｚ Ｏ 薄 ｎ 膜 的结构及 光 学特性 的影 响 ， 在本 文 中， 们采 用射 频 我
反应磁 控 溅射 法在 玻璃 衬 底上 成功 制备 了 ｃ 轴高择 优 取 向的 Ｚ Ｏ薄 膜 ， 究 了生长 温度 对 Ｚ Ｏ 薄膜 的微 观 ｎ 研 ｎ
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２ ７ 第 ５ ３） ０ 年 期（ 卷 ０ ８
衬底 构 及 光 学 特 性 的影 响 ｎ
徐 小丽 ， 书 懿 ， 彦 ， 小菁 ， 晋 军 ， 国恒 马 陈 孙 魏 张
（ 北师 范大 学 物 理与 电子工 程学 院 ， 西 甘肃 兰州 ７ ０ ７ ） ３ ０ ０
摘 要 ： 采 用射频 反 应 磁 控溅 射 法 在玻 璃 村 底上 制
及衬底 类 型等Ｌ 。 ９
备 了具有 ｆ 高择 优取 向的 Ｚ Ｏ 薄膜 ， 用 Ｘ射 线衍 轴 ｎ 利
射仪、 扫描探 针 显微 镜 及 紫 外分 光 光 度 计研 究 了 生长 温度 对 Ｚ Ｏ 薄 膜 的结 构 及 光 学吸 收 和 透射 特 性 的影 ｎ
征 。样 品 的 吸 收 谱 及 透 射 谱 用 Ｓ ＭＡＤ Ｕ ＵＶ ＨＩ Ｚ － ２５Ｐ ５０ Ｃ型 紫外 分 光 光 度 计 测 量 ， 量 范 围 为 ３ ０ 测 ０ ～
衬底温度对射频磁控溅射制备ZnO薄膜的影响
衬底温度对射频磁控溅射制备ZnO薄膜的影响摘要：采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备ZnO薄膜.用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对不同衬底温度下制备薄膜的相结构和表面形貌进行分析.结果表明,在衬底温度为500℃时制备的ZnO薄膜表面光滑,晶粒尺寸均匀,结构致密,且沿c轴择优生长。
关键词：ZnO薄膜；射频磁控溅射；衬底温度1.引言ZnO是一种直接宽带隙半导体材料,室温下直接带隙宽度3.37eV,且具有六角纤锌矿晶体结构,激子束缚能60meV,这使得其在表面声波、体声波、压电器件、气敏元件等方面具有广泛的应用前景,特别是沿c轴生长的ZnO薄膜,在此应用领域具有更加优越的表现.因而,如何获得高质量沿c轴生长的ZnO薄膜,一直是其应用领域中的研究热点.目前多种技术已经被应用到制备ZnO薄膜上,如金属有机化学气相沉积(MOCVD)、脉冲激光沉积(PLD)、磁控溅射(MegnetronSputtering)、分子束外延(MBE)、溶胶-凝胶(Sol-gel)和喷雾热解(Spray)等.其中磁控溅射是一种先进的薄膜制备技术,所制备薄膜的附着性好,薄膜的成分在一定程度上可以控制,且具有低温、低损伤、易于沿c轴生长等优点,所以被广大研究者广泛采用.而该方法所制备的高质量沿c轴生长的ZnO薄膜的性能严重依赖于反应溅射的条件,如衬底温度、溅射气压以及溅射气氛等,其中衬底温度对沿c轴生长的ZnO薄膜的结晶质量有很大的影响,因而有必要探讨其对所制备的高质量沿c轴生长的ZnO薄膜结构的影响.本文采用射频磁控溅射技术制备高质量沿c轴生长的ZnO薄膜,研究不同的衬底温度对其相结构、表面形貌的影响,并进行了分析获得了制备高质量沿c轴生长的ZnO薄膜的最佳温度.2.实验为了考查基底温度对薄膜性能的影响，改变基底温度，在150、175、200、225、250和275℃6个基底温度下制备ZnO薄膜，溅射气压1.1Pa，溅射功率85W，溅射时间80min。
氧气分压和衬底温度对铝掺杂氧化锌透明导电薄膜性能的影响
① 基金项目：国家自然科学基金（Ｎｏ．２１７６１０１２） 作者简介： 彭 光 怀 ，江 西 理 工 大 学 治 金 与 化 学 工 程 学 院 。
Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．１Leabharlann ３９Ｆｅｂ．２０１８
电 池工业 彭光怀，等：氧气分压和衬底温度对铝掺杂氧化锌透明导电薄膜性能的影响 Ｃｈｉｎｅｓｅ ＢａｔｔｅｒｙＩｎｄｕｓｔｒｙ
电池工业 第２２卷第１期 Ｃｈｉｎｅｓｅ ＢａｔｔｅｒｙＩｎｄｕｓｔｒｙ ２０１８年２月
氧气分压和衬底温度 对铝掺杂氧化锌透明导电薄膜性能的影响①
彭 光 怀 ，李 金 琼 ，温 和 瑞 ，廖 金 生 ，洪 瑞 金
（江西理工大学冶金与化学工程学院，江西 赣州 ３４１０００）
ｌｉｍｉｔｅｄ ｄｕｅ ｔｏ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｔｈｅ ｉｎｄｉｕｍ ｉｓ ａ ｒａｒｅ ａｎｄ ｅｘ－ ｐｅｎｓｉｖｅ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｔｏｘｉｃ ｅｌｅｍｅｎｔ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ＩＴＯ，ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ（ＺｎＯ）ｉｓ ｎｏｎｔｏｘｉｃ，ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ ａｎｄ ａｂｕｎｄａｎｔ，ｓｏ ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｃｔｉｖｅｌｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ａｓ ａｎ ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｏ ＩＴＯ［４－５］． Ｇｒｏｕｐ ＩＩＩＡ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ ａｎｄ Ｂ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ａｓ ｎ－ｔｙｐｅ ｄｏｐａｎｔｓ ｆｏｒ ＺｎＯ［６－７］．Ａｍｏｎｇ ｔｈｅｓｅ ｅｌ－ ｅｍｅｎｔｓ，Ａｌ ｉｓ ａｂｌｅ ｔｏ ｌｏｗｅｒ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ
磁控溅射功率对掺铝氧化锌薄膜特性的影响
磁控溅射功率对掺铝氧化锌薄膜特性的影响作者：肖立娟李长山郝嘉伟，等来源：《新材料产业》 2012年第3期文/肖立娟李长山郝嘉伟赵鹤平吉首大学物理与机电工程学院透明导电氧化物（T C O）薄膜因具有在可见光区透明和电阻率低等优异的光电性能，所以被广泛应用于各种光电器件中，例如平面液晶显示器（L C D）、太阳能电池、节能视窗等[1-2]。
目前应用和研究最多的是掺锡（S n）、氧化铟（In2O3）（简称ITO）的透明导电薄膜，但由于含有昂贵的铟金属，使得I T O薄膜的成本很高。
氧化锌（Z n O）薄膜在400nm～2μm 波长范围内都是透明的，并且利用铝（A l）、S n、镓（G a）和硼（B）等对Z n O薄膜进行掺杂，可以获得低电阻、高透过率和高质量的ZnO薄膜，以适应作为电极的需要。
因而，Z n O 也是用作透明电极的绝好材料，而且其原料丰富、成本低廉、性能优异，大有代替I T O等材料的趋势[3]，对促进廉价太阳电池的发展具有重要意义。
尤其掺Al的Z n O薄膜( A Z O )是目前性能最好的Z n O系导电薄膜，具有很大的发展潜力。
不同的制备技术及工艺参数决定了Z n O薄膜的结构性质和光电性质。
目前，已有多种调控和改善Z n O薄膜性能的制备技术，主要包括：磁控溅射法[4]、金属有机化学气相沉积法[5]、溶胶-凝胶（sol-gel）法[6]、脉冲激光沉积[7]、分子束外延法[8]等。
采用磁控溅射淀积的Z n O薄膜通常都具有高度C轴取向性，这个特性大大提高了样品的发光特性和电学性能[9]，因此，该方法成为在ZnO薄膜研究中使用最广泛的方法。
本文研究了不同磁控溅射功率对掺铝Z n O薄膜性能的影响，结果表明磁控溅射功率作为ZnO薄膜生长时的一个重要参数，直接影响薄膜的成膜机制和生长速率，很大程度上也决定着薄膜的质量。
一、磁控溅射功率对掺铝氧化锌薄膜性能影响的具体研究1.研究条件实验所用仪器为JGP -450A型超高真空磁控与离子束联合溅射设备，选择靶材为掺有三氧化二铝（A l2O3）粉末（纯度为99.99%）的Z n O粉末（纯度为99.99%）经高温烧结而成的陶瓷靶，Z n O粉末中A l2O3的质量分数为2%，衬底为普通载玻片（#7101），制备前用丙酮、无水乙醇和去离子水超声波清洗。
衬底温度对磁控溅射制备掺铝氧化锌薄膜的结构和光电性能的影响_范丽琴
第３４卷 第６期２０１４年６月 物 理 实 验 ＰＨＹＳＩＣＳ ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＴＩＯＮ Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．，櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶２０１４ 收稿日期：２０１４－０１－１７；修改日期：２０１４－０５－０５ 作者简介：范丽琴（１９８３－），女，福建莆田人，华侨大学厦门工学院讲师，硕士，研究方向为薄膜光学．衬底温度对磁控溅射制备掺铝氧化锌薄膜的结构和光电性能的影响范丽琴（华侨大学厦门工学院，福建厦门３６１０２１） 摘 要：利用射频磁控溅射在石英基片上沉积掺铝氧化锌薄膜，研究了衬底温度对薄膜结构和光电性能的影响．当给衬底加热时，Ｘ射线衍射观测（００２）峰相对强度明显增强．在衬底温度２５０℃下制备的薄膜的晶粒尺寸最大，为２４．９ｎｍ，表面粗糙度最小，为８．１ｎｍ，表明在衬底温度２５０℃下制备的薄膜的结晶效果最好．衬底温度从３０℃升高到２５０℃，薄膜的电阻率相应地从１４．３５×１０－４Ω·ｃｍ降低到７．１８×１０－４Ω·ｃｍ，随着衬底温度的升高，电阻率反而增大．所有样品在可见光区的平均光学透射率都大于８５％．引入品质因子分析薄膜的光电性能，当衬底温度为２５０℃时，品质因子最大为１６．１５×１０－３Ω－１，其光电性能最好．关键词：掺铝氧化锌薄膜；衬底温度；电阻率；透射率中图分类号：Ｏ４８４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５－４６４２（２０１４）０６－０００１－０６１ 引 言透明导电薄膜已经广泛应用于太阳能电池、液晶显示器、有机和无机发光管等多种光电子元器件中［１］．其中Ａｌ掺杂ＺｎＯ（ＡＺＯ）薄膜材料具有优良的光电特性，且相对于目前应用最广泛的掺锡氧化铟（ＩＴＯ），具有原材料丰富、价格低廉、不含有毒性、在氢等离子体中很稳定等优势，而被认为是最具有潜力的新一代的透明导电氧化物．制备ＡＺＯ薄膜常用的方法有真空蒸发、化学气相沉积、磁控溅射等．其中，磁控溅射是最常用的方法之一［２－４］，它具有溅射粒子能量高，溅射沉积的薄膜致密性强、成核密度高等优点．但是，溅射过程的工艺因素，如工作气压、溅射功率、衬底温度、靶到衬底的距离（靶距）等都会对沉积薄膜的结构和光电性质产生重要的影响．如：Ｙａｍａｄａ［５］等研究了氩气压强、射频溅射功率及磁场等因素对溅射沉积的薄膜的影响，在０．６Ｐａ的氩气压，０．１Ｔ磁场及３５０Ｗ射频溅射功率下获得了最低电阻率１．１×１０－３Ω·ｃｍ以及波长在４００ｎｍ以上的可见光区高于９０％的透射率的ＡＺＯ薄膜；Ｋｉｍ［６］等人研究射频溅射功率（２５～１５０Ｗ）、靶到衬底距离（６．８～１１ｃｍ）、工作气压（０．４～２．０Ｐａ）及衬底温度（２５～１２０℃）等因素对制备的ＡＺＯ薄膜的影响，在射频溅射功率为２５Ｗ，靶距６．８ｃｍ，工作气压０．４Ｐａ，１２０℃衬底温度下在石英衬底上获得了最低电阻率３．８５×１０－３Ω·ｃｍ及在可见光区高于９０％的高透射率；Ｈｅ Ｂｏ［７］等研究了衬底温度从室温、１８０，２８０，３８０，４８０℃变化时对ＡＺＯ薄膜光电性能的研究．本文采用射频磁控溅射法在石英衬底上沉积ＡＺＯ薄膜，对薄膜的表面形貌进行表征，引入品质因子较为系统地分析了衬底温度对所制备的薄膜的光电性能的影响，并制备出光电性能较为良好的ＡＺＯ薄膜，其在可见光区的平均透射率为８６．３０％，而电阻率低至７．１８×１０－４Ω·ｃｍ，由此计算出的薄膜的品质因子达到１６．１５×１０－３Ω－１．本文工作的目的是在不降低可见光区内透射率的情况下提高薄膜的导电性，发展ＡＺＯ薄膜在太阳能电池等光电子元器件中的应用，要求薄膜在４００～１ １００ｎｍ波长范围有较低的电阻率和较高的透射率以及合适的形貌结构．２ 实 验利用ＪＧＰ５６０ＢⅡ型超高真空多功能磁控溅射设备在石英基片上射频磁控溅射沉积ＡＺＯ薄膜，溅射电源的频率为１３．５６ＭＨｚ，ＡＺＯ溅射靶材是高纯度的ＺｎＯ（９９．９９％，纯度）混合质量分数为１．５％氧化铝（９９．９９％，纯度）．基片到靶材的距离为６０ｍｍ，基片温度通过温差电偶测量，用电加热炉加热控温．实验样品Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ的基片温度分别控制在３０，１５０，２５０，３５０℃．溅射前真空腔的气压为２．０×１０－４ Ｐａ，溅射过程中充入氩气作为工作气体，工作气压为０．５Ｐａ，氩气的流速用质量流量控制器来控制，其流速为５０ｃｍ３／ｍｉｎ（在１标准大气压下）．４个样品的溅射功率为４００Ｗ．每次沉积薄膜前预溅射５ｍｉｎ，用于清除靶表面的污染物，沉积薄膜的时间均为４００ｓ．薄膜的晶体结构用ＭＡＸ２５００型Ｘ射线衍射仪（Ｃｕ Ｋα辐射λ＝０．１５４ １８ｎｍ）测量，其表面形貌用ＣＳＰＭ ４００型原子力显微镜在大气条件下观测，扫描面积为２μｍ×２μｍ，利用ＡＦＭ的表面形貌数据计算薄膜的均方根表面粗糙度．薄膜的正入射透射光谱用ＵＶ－２４５０双光束分光光度计测量，测量的波长范围是２００～９００ｎｍ［８］．采用拟合透射光谱所有数据的方法［９，１０］来计算薄膜的折射率、消光系数及厚度．用ｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ方法［１１］测量薄膜的方块电阻和载流子迁移率，并计算出载流子浓度和电阻率［１２］．３ 结果和讨论３．１ 晶体结构和表面形貌在一定条件下，薄膜生长速度与衬底温度之间的关系如图１所示，从图中可以看出，随温度的升高薄膜的生长速度逐渐增大，在衬底温度为３５０℃时，生长速度达到１．２２ｎｍ／ｓ．图１ 薄膜的溅射速度随衬底温度的变化 在上述条件下制备的薄膜具有较好的物理稳定性和较强的基片附着力．图２为衬底温度分别为３０，１５０，２５０，３５０℃制备的掺铝氧化锌薄膜的ＸＲＤ谱．从图中可以看出，３０℃时样品的（００２）衍射峰并不十分明显，出现了（１００），（１１０）和（１０３）多个衍射峰；随着对衬底的加热，（００２）晶面衍射峰的强度显著增大，ｃ轴择优生长趋势显著加强，并且开始出现（００４）峰，其衍射角由３０℃时的３４．２５°增大到３４．３０°，在衬底温度达到３５０℃时出现了（１０１）衍射峰，表明衬底温度对薄膜的结晶性影响显著．图２ 薄膜的Ｘ射线衍射谱图３示出了Ｉ（００２）／ΣＩ（ｈｋｌ）值随衬底温度的变化曲线．可以看出，（００２）晶面的择优取向程度随衬底温度的升高而增强，当衬底温度为２５０℃时，Ｉ（００２）／ΣＩ（ｈｋｌ）比值接近于１；继续升高温度，Ｉ（００２）／ΣＩ（ｈｋｌ）比值略微减小．这说明衬底温度较低时，温度对薄膜的ｃ轴择优取向性影响较大，衬底温度较高时，温度对薄膜的ｃ轴择优取向性的影响变小．笔者认为，当衬底温度较低时，在衬底上吸附的锌原子和氧原子，由于原子的能量较低，在薄膜中不易进行原子重排，薄膜的取向性较差；对衬底加热，ＡＺＯ晶粒（００２）面表面能最低，因此（００２）面平行于基片择优生长，在图谱上表现为（００２）衍射峰峰值增加；衬底温度进一步升高，（００２）衍射峰的相对强度却变小，这是因为石英衬底与ＡＺＯ薄膜的热膨胀系数不同，当衬底温度过高时，薄膜ｃ轴取向性变差，吸附原子在衬底表面的侧向迁移能力明显上升，晶粒横向生长速度明显提高，薄膜的结晶程度有所上升，而对薄膜的择优取向度影响相对较小．２ 物 理 实 验第３４卷图３ （００２）晶面择优取向度与衬底温度的关系表１是不同衬底温度下ＡＺＯ薄膜的（００２）衍射峰的峰位２θ、ｃ轴晶格常量ｃ、晶粒尺寸Ｄ及半峰全宽ＦＷＨＭ．从表中数据可以看出，在衬底温度为２５０℃时，ｃ轴晶格常量ｃ、晶粒尺寸Ｄ均最大，分别为５．２４０ ９ｎｍ和２４．９ｎｍ，衬底从３０℃加热到２５０℃时，半峰全宽逐渐减小，ＸＲＤ的半峰全宽与薄膜晶粒尺度有关，这说明随着温度的升高，薄膜的晶粒逐渐长大，晶化程度提高．在２５０℃时半峰全宽达到最小，为０．３４９°，随着衬底温度的继续升高，半峰全宽又随之增大．在衬底温度为２５０℃时，薄膜的晶粒尺寸最大，结晶性最好，文献［１３］也有类似的结果．表１ 不同衬底温度下ＡＺＯ薄膜的（００２）衍射峰的峰位２θ、ｃ轴晶格常量ｃ、晶粒尺寸Ｄ、半峰全宽ＦＷＨＭ样品２θ／（°）ｃ／ｎｍ Ｄ／ｎｍ ＦＷＨＭ／（°）Ａ ３４．２５ ５．１６２ ８ １４．０ ０．６０１Ｂ ３４．３０ ５．１３１ ９ ２３．０ ０．３７５Ｃ ３４．３０ ５．２４０ ９ ２４．９ ０．３４９Ｄ ３４．３０ ５．２３６ ７ ２２．６ ０．３８２图４为不同衬底温度下制备的ＡＺＯ薄膜的原子力显微镜图像，观测区域为２μｍ×２μｍ．在该条件下所制备的薄膜具有光滑的表面形貌图．薄膜的表面粗糙度和颗粒尺寸由ＡＦＭ软件计算得到，见表２．由表２可知，所有样品的粗糙度都小于１１ｎｍ，而表面颗粒尺寸在几十ｎｍ到１００多ｎｍ的范围．在２５０℃衬底温度下制备的薄膜表面粗糙度最小，表面最平整．温度进一步升高，薄膜表面粗糙度又变大，在Ｓｕｎｄａｒａｍ和Ｋｈａｎ［１４］的报告中曾指出，较高的衬底温度可以增加表面迁移率，但也造成了再蒸发，使结构不规则．（ａ）３０℃（ｂ）１５０℃（ｃ）２５０℃（ｄ）３５０℃图４ 原子力显微镜观测的不同衬底温度下制备的ＡＺＯ薄膜的表面形貌图形３第６期 范丽琴：衬底温度对磁控溅射制备掺铝氧化锌薄膜的结构和光电性能的影响表２ 不同衬底温度下制备的ＡＺＯ薄膜的表面颗粒尺寸Ｄｉａ、表面粗糙度ｒ、薄膜厚度ｄｏｐｔ、溅射速率ｖ、在可见光区（４３０～７００ｎｍ）的平均透射率珚Ｔ样品ｔ／℃Ｄｉａ／ｎｍｒ／ｎｍ ｄｏｐｔ／ｎｍ ｖ／（ｎｍ·ｓ－１）珚ＴＡ ３０ ７２．０ １０．９ ４０８ １．０２ ８５．７４％Ｂ １５０ ７８．４ １０．４ ４２４ １．０６ ８５．７５％Ｃ ２５０ ８１．８ ８．１ ４８０ １．２０ ８６．３０％Ｄ ３５０ １２３．０ １０．２ ４８６ １．２２ ８６．２７％３．２ 光学性质图５为沉积在不同石英衬底温度上的ＡＺＯ薄膜的透射光谱．为了方便比较，还给出了石英衬底的透光率曲线图．从图中可知，ＡＺＯ薄膜在可见光区的透过率基本上相同，均大于８５％，在衬底温度２５０℃下制备的薄膜透过率略高，为８６．３０％，说明此衬底温度下制备的薄膜样品具有较好的光学性能．基于图５所给的数据计算薄膜在可见光区（４３０～７００ｎｍ）的平均光学透射率珡Ｔ．此外，比较图５中透射光谱曲线可知，随着衬底温度的升高，ＡＺＯ薄膜的紫外吸收边先向长波方向移动，发生“红移”，后向短波方向移动，产生“蓝移”．一般在ＡＺＯ中，氧原子的饱和蒸汽压高于锌原子，高的温度使氧原子更容易从ＡＺＯ薄膜中解离［１５］．因此，随着衬底温度升高，薄膜中产生的氧空位将会增多，而引发的更多氧缺陷会导致ＡＺＯ薄膜的紫外吸收边向长波方向移动．当衬底温度为２５０℃时，ＡＺＯ薄膜的吸收边向着短波方向移动，其原因是，在足够高的衬底温度下，ＡＺＯ薄膜的晶体结构趋于完整，缺陷减少．图５ 薄膜的透射光谱曲线３．３ 电学性质用ｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ方法测量薄膜的方块电阻ＲＳ，根据ρ＝ＲＳｄ计算薄膜的电阻率ρ．图６和７分别为不同衬底温度下制备ＡＺＯ薄膜的迁移率、载流子浓度和电阻率曲线，表３为实验测量数据．从图可以看出随着衬底温度从３０℃升高到２５０℃时，电阻率达到最低点７．１８×１０－４Ω·ｃｍ，继续升高温度到３００℃时，电阻率上升达到１０．７０×１０－４Ω·ｃｍ．这是因为衬底从３０℃加热到２５０℃，随着温度的升高，沉积过程中原子扩散速度更快，成核更加容易，从ＸＲＤ的测量结果可以看到，此时的晶格常量和晶粒尺寸均达到最大，分别为５．２４０ ９ｎｍ和２４．９ｎｍ，同时从ＡＦＭ图像中得到晶粒的表面粗糙度也是最小的，由此表明衬底温度为２５０℃下制备的薄膜的结晶效果最好；而继续升高温度则会破坏薄膜的结晶效果．这与ＸＲＤ和ＡＦＭ的测量结果相一致．图６ 薄膜的载流子浓度Ｎ和迁移率μ随衬底温度的变化图７ 薄膜的电阻率随衬底温度的变化４ 物 理 实 验第３４卷表３ ＡＺＯ薄膜的电学性质样品ＲＳ／Ωμ／（ｃｍ２·Ｖ－１·ｓ－１）Ｎ／ｃｍ－３ρ／（Ω·ｃｍ）Ａ ３５．１７ ２．２８ １．８４４×１０２１ １４．３５×１０－４Ｂ ２０．１４ １．１７ ４．７２２×１０２１ ８．５４×１０－４Ｃ １４．１９ １．５４ ５．６３８×１０２１ ６．８１×１０－４Ｄ ２２．３５ ０．４８ １２．９５０×１０２１ １０．８６×１０－４为了更好地评估和比较不同的透明导电薄膜的质量，定义品质因子来分析可见光的透射和电阻［１６］综合的性能：ＦＴＣ＝珡Ｔ１０／ＲＳ，（１）其中珡Ｔ是可见光区（４３０～７００ｎｍ）的平均透射率，ＲＳ是双层膜的方块电阻．由式（１）计算得到的薄膜的品质因子：样品Ａ为６．１０×１０－３Ω－１，样品Ｂ为１０．６７×１０－３Ω－１，样品Ｃ为１６．１５×１０－３Ω－１，样品Ｄ为１０．２２×１０－３Ω－１．根据所得数据画出的品质因子见图８．从图８看到薄膜的品质因子随着衬底温度的升高而增大，当衬底温度达到２５０℃时，品质因子达到最大为１６．１５×１０－３Ω－１；而后衬底温度升高，品质因子下降，其主要原因是由于温度再度升高后方块电阻变大所致．图８ 薄膜的品质因子随衬底温度的变化４ 结 论通过改变薄膜的沉积温度，制备出不同衬底温度下具有良好光电性能的ＡＺＯ薄膜．在衬底温度２５０℃下制备的ＡＺＯ薄膜的晶格常量和晶粒尺寸最大，分别为５．２４０ ９ｎｍ和２４．９ｎｍ，薄膜表面粗糙度最小为８．１ｎｍ，说明在２５０℃衬底温度下制备的薄膜的结晶效果最好；薄膜的方块电阻和对应的电阻率最小，分别为１４．１９Ω和７．１８×１０－４Ω·ｃｍ，而此时薄膜在可见光区的平均透射率却最高为８６．３０％，由此计算出的薄膜的品质因子最大，为１６．１５×１０－３Ω－１，表明其光电性能最好．参考文献：［１］ Ｈｏｓｏｎｏ Ｈ．Ｒｅｃｅｎｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉ－ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ：ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｄｅｖｉｃｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，２００７，５１５（１５）：６０００－６０１４．［２］ Ｌａｉ Ｆａｃｈｕｎ，Ｌｉ Ｍｉｎｇ，Ｗａｎｇ Ｈａｉｑｉａｎ，ｅｔ ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆ ｏｘｙｇｅｎ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＳｉＯｘｆｉｌｍｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｂｙ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｃｈｉｎ．Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．，２００５，３（８）：４９０－４９３．［３］ 赖发春，林丽梅，瞿燕．反应磁控溅射制备ＴｉＯ２和Ｎｂ２Ｏ５混合光学薄膜［Ｊ］．光子学报，２００６，３５（１０）：１５５１－１５５４．［４］ 林丽梅，赖发春，林永钟，等．热处理对直流磁控溅射ＩＴＯ薄膜光电学性质的影响［Ｊ］．福建师范大学学报自然科学版，２００６，２２（３）：４２－４６．［５］ Ｙａｍａｄａ Ｍ，Ｍａｔｓｕｍｕｒａ Ｍ，Ｍａｅｄａ Ｙ．Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆ ｄａｍａｇｅ ｔｏ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｙｅｒｓ ｄｕｒｉｎｇｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ａｌ－ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｂｙ ｒａｄｉｏ－ｆｒｅ－ｑｕｅｎｃｙ ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｔｈｉｎ ＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ，２０１１，５１９（１０）：３３５２－３３５７．［６］ Ｋｉｍ Ｊｕｎｇ－Ｍｉｎ，Ｔｈｉｙａｇａｒａｊａｎ Ｐ，Ｒｈｅｅ Ｓｈｉ－Ｗｏｏ．Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ａｌ－ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ ｆｉｌｍｓ ｏｎ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｗｉｔｈ ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍａｇｎｅ－ｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，２０１０：５１８（２０）：５８６０－５８６５．［７］ Ｈｅ Ｂｏ，Ｘｕ Ｊｉｎｇ，Ｘｉｎｇ Ｈｕａｉｚｈｏｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｏｆ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ｃ－ａｘｉｓ ｏｒｉ－ｅｎｔｅｄ ＡＺＯ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ＤＣ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｍａｇ－ｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｆｏｒ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｖｉｃｅ ａｐｐｌｉｃａ－ｔｉｏｎｓ．［Ｊ］．Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１３，６４：３１９－３３０．［８］ 范丽琴．磁控溅射制备掺铝氧化锌薄膜及其特性研究［Ｄ］．福州：福建师范大学，２００９：４０１．［９］ Ｌｉｎ Ｌｉｍｅｉ，Ｌａｉ Ｆａｃｈｕｎ，Ｈｕａｎｇ Ｚｈｉｇａｏ，ｅｔ ａｌ．Ｄｅ－ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｎｓｔａｎｔｓ ａｎｄ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆＮｂ２Ｏ５ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｌｍｓ ｆｒｏｍ ｎｏｒｍａｌ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ｔｒａｎｓｍｉｓ－ｓｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒａ［Ｊ］．Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ，２００６，６１４９：６１４９２０－１－６１４９－６．［１０］ 李雪蓉，赖发春，林丽梅，等．测量条件对掺锡氧化铟薄膜电学测量结果的影响［Ｊ］．物理实验，２００７，２７（４）：４４－４７．［１１］ Ｌｉｎ Ｓ Ｓ，Ｈｕａｎｇ Ｊ Ｌ，Ｓａｊｇａｌｉｋ Ｐ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆｈｅａｖｉｌｙ Ａｌ－ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ ｆｉｌｍ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ａｎｎｅａ－５第６期 范丽琴：衬底温度对磁控溅射制备掺铝氧化锌薄膜的结构和光电性能的影响ｌｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ［Ｊ］．Ｓｕｒｆ．ＣｏａｔＴｅｃｈｎｏｌ．，２００４，１８５（２／３）：２５４－２６３．［１２］ 范丽琴，裴瑜，林丽梅，等．溅射功率对掺铝氧化锌薄膜光电性能的影响［Ｊ］．福建师范大学学报（自然科学版），２００８，２４（５）：４４－４８．［１３］ 田力，陈姗，蒋马蹄，等．衬底温度对Ａｌ２Ｏ３掺杂ＺｎＯ透明导电薄膜性能的影响［Ｊ］．电子元件与材料，２０１１，３０（１０）：２３－２６，３０．［１４］ Ｓｕｎｄａｒａｍ Ｋ Ｂ，Ｋｈａｎ Ａ．Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ［Ｊ］．１９９７，２９５：８７．［１５］ 李小换，朱满康，侯育冬，等．衬底温度对ＺｎＯ薄膜氧缺陷的影响［Ｊ］．压电与声光，２００４，２６（４）：３１８－３２０．［１６］ Ｈａａｃｋｅ Ｇ．Ｎｅｗ ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ ｍｅｒｉｔ ｆｏｒ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，１９７６，４４：４０８６－４０８９．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ａｌ ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇＦＡＮ Ｌｉ－ｑｉｎ（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｘｉａｍｅｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｑｉａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｍｅｎ ３６１０２１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ａｌｕｍｉｎｕｍ－ｄｏｐｅｄ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ（ＺｎＯ：Ａｌ）ｆｉｌｍｓ ｗｅｒｅ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｏｎｇｌａｓｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｂｙ ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｗａｓ ｈｅａｔｅｄ，ｔｈｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆ（００２）ｐｅａｋ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｍｉｎｉｍｕｍ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｌｍｓ ｐｒｅ－ｐａｒｅｄ ａｔ ２５０℃ｗｅｒｅ ２４．９ｎｍ ａｎｄ ８．１ｎｍ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｗａｓ ｏｂ－ｔａｉｎｅｄ ａｔ ２５０℃．Ｔｈｅ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｌｍｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ １４．３５×１０－４Ω·ｃｍ ｔｏ ７．１８×１０－４Ω·ｃｍａｓ ｔｈｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ ３０℃ｔｏ ２５０℃．Ｂｕｔ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｔｅｍ－ｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ．Ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｖｉｓｉｂｌｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｆｏｒ ａｌｌ ｓａｍｐｌｅｓｗａｓ ｌａｒｇｅｒ ｔｈａｎ ８５％．Ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅｏｆ ＡＺＯ ｆｉｌｍｓ．Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ ｆｏｒ １６．１５×１０－３Ω－１ ｗａｓ ｇｏｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａ－ｔｕｒｅ ｗａｓ ２５０℃．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｌｕｍｉｎｕｍ－ｄｏｐｅｄ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ ｆｉｌｍ；ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ；ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｉｔｙ［责任编辑：任德香］６ 物 理 实 验第３４卷。
衬底温度对低功率直流磁控溅射ZnO薄膜特性的影响
件 、 明导 电薄 膜 、 敏 传 感 器 、 面 声 波 谐 振 器 等 诸 透 气 表
直 径 ６ｍｍ， 度 ４ ０ 厚 ｍｍ。Ｓ 衬 底 在 制 备 前 用 甲苯 、 ｉ 丙 酮 、 水 乙醇及 去 离子 水 中依 次 进 行 超声 清 洗 １ｍｉ， 无 ０ ｎ 酸 溶液 中浸 泡 ２ ｎ 清 洗 完毕 用 干 燥 Ｎ。 吹 干后 迅 ｍｉ， 气 速 放入 真 空 室 。Ｚ Ｏ 薄膜 的沉 积 是 在 Ａｒ ｏ ｎ 和 ２混合 气 氛下 进 行 的 ， 纯 度 均 为 ９． ９ 。本 底 真 空度 为 其 ９ ９
Ｐ Ｌ谱 中蓝 光强度 都 明显 增 大 ， 功 率溅 射 对 其蓝 光 发 低
射 具有很 重要 的 影 响 。综 合 分 析 得 出 ４ ０ ｍ 左 右 的 ４ｎ 蓝 光发 射应 与 Ｚ ｉ 关 ， ８ ｎ 附近 的蓝 光 发 射是 由 ｎ有 ４５ ｍ 于氧 空位形成 的深施 主 能级 上 电子跃 迁到 价 带顶 的结 果 ， ５ ７ ｍ 左 右 的较 弱 的绿 光发 射 主要 来 源 于导 带 而 ２ｎ
积时 间均 为 １ ５ 。 ． ｈ
交 替 清洗 ３次 。为 了 去 除 Ｓ 表 面 的氧 化层 ， ｉ 又在 ＨＦ
纤锌 矿 晶体结 构 ， 温下 其 直 接 带 隙宽 度 为 ３ ３ ｅ 室 ． ７Ｖ， 激 子束缚 能 高达 ６ ｍｅ 具 有 抗 紫 外 辐 射 作 用 。Ｚ Ｏ ０ Ｖ， ｎ 作 为新一 代 的宽禁 带半 导 体材 料 ， 具有 优 异 的光 学 、 电
变薄膜 中缺 陷种 类及 浓度 而 影 响 着 Ｚ Ｏ 薄 膜 的发 光 ｎ
特性 的 。 ２ 实 源自 关键 词 ： Ｚ Ｏ 薄膜 ； 控 溅射 ； ｎ 磁 Ｘ射 线衍 射 ； 致发 光 光 中图 分类 号 ： Ｔ ３ ３ ０４ ４ ４ Ｂ ８ ； ８ ． 文献标 识 码 ： Ａ 文章 编号 ：０ １９ ３ （０ ８ ０ －２ ９０ １ ０ －７ １ ２ ０ ）８ １ ７ —４
衬底温度对射频磁控溅射制备ZnO薄膜结构的影响
（ ．ｃ ｏｌ ｆ ｌ ｔ ｎｃ ｎ ｒ ｔ ｎａｄＣ ｍ ｕ ｉ ｔ ｎＥ ｇｎｅ ｎ ， ｉ ｊ ｎｖｒｉ ｆ ｅｈ ｏ ｇ ， １Ｓｈ ｏ ｏ ｅ ｒ ｉ Ｉ ｏｍａｏ ｎ ｏ ｍ ｎｃ ｉ ｎｉｅｒ ｇ Ｔａ ｉ Ｕ ｉ ｓｙｏ Ｔ ｃｎｌ ｙ Ｅ ｃｏ ｓ ｆ ｉ ａｏ ｉ ｎｎ ｅ ｔ ｏ
Ｔ ａｊ ０ １ １ Ｃ ｉａ ２ ｃ ｏｌ ｆ ｔｅ ａｉ ｃ ｎ ｅ ａ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ， ａ ｉｇＰ ｔ ｌｕ ｓ ｔｔ， ｉｎ ｎ３ ０ ９ ， ｈｎ ； ．Ｓ ｈ ｏ ｏ ｈ ｍ ｔ ｓＳ ｉ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｙ Ｄ ｑｎ ｅ ｏｅ ｍ Ｉ ｔｕｅ ｉ Ｍａ ｃ ｅ ｏ ｒ ｎｉ
ｆｃ ｓ ｗ ｒ ｍｏ ｔ ｎ ｏ ａ ｔ ｎ ｈ ｒ ｉ ｉｅｗａ ｎｆ ｒ ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｓ ｂ ｔ ｔ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｗａ ０ ℃ ． ａ ｅ ｅ ｅ ｓ ｏｈ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｃ ．ａ ｄ ｔ ｅ ｇａ ｎ ｓｚ ｓ ｕ ｉ ｍ ｅ ｈ ｕ ｓ ａ ｅ ｔｍｐ ｒｔ ｒ ｓ４ ０ ｏ ｒ
４ Ｓ ｈｏ ｏ Ｅｅｔ ｎｃＳｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ， ａ ｉ ｅｒ ｅｍ Ｉｓｔｔ， ａｉｇ１３ １ ，Ｃ ｉａ ． ｃｏｌ ｆ ｌｃ ｏｉ ｃ ｎ ｅａｄＴ ｃｎ ｌ ｒ ｅ ｏ Ｄ ｑｎ Ｐｔ ｌｕ ｎｔｕｅ Ｄ ｑｎ ６ ３８ ｈｎ ） ｙ ｇ ｏ ｉ
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衬底温度对反应溅射ZnO：Al透明导电薄膜性能的影响
衬底温度对反应溅射ZnO：Al透明导电薄膜性能的影响【摘要】衬底温度在反应溅射制备ZnO：Al薄膜过程中是一个重要的工艺参数，直接决定这薄膜的性能。
本文用中频脉冲磁控溅射方法，采用锌铝合金（Al 的含量为2%）靶，在衬底温度170℃，工作压力2.5mTorr，氧氩比3/18的条件下，制备了ZnO：Al薄膜，利用X射线衍射仪对薄膜的结构进行了分析，利用分光光度计和四探针法测量了薄膜的光学和电学性能，研究了制备薄膜时不同的衬底温度对薄膜的结构、电学、光学性能的影响，结果表明，随着衬底温度的升高，薄膜的电阻率先下降后上升，而可见光范围平均透过率在85%以上，当衬底温度为170℃，工作压力 2.5mTorr，氧氩比3/18时，薄膜电阻率最低为2.16×10-4Ω?cm，方块电阻30Ω时，在可见光光范围内平均透过率高于85%。
【关键词】磁控溅射；ZnO：Al薄膜；衬底温度；电阻率；透过率1.引言氧化锌时一种具有典型的纤锌矿结构的材料，禁带宽度约为3.3eV，属于宽带隙半导体。
氧化锌的本征材料电阻率高于106Ωcm，通过掺杂Ⅲ族元素（B，Al，Ga、In等）可以使其导电性大幅提高，最高可以达到10-4Ωcm量级[1、2]。
同时氧化锌透明导电薄膜还具备无毒、廉价的特点以及在等离子体中高稳定性等特点；这使它在光电器件特别是薄膜太阳能电池领域存在巨大的发展潜力[3、4]。
目前制备ZnO透明导电薄膜的的方法有很多种，其中包括热解喷涂[5]、磁控溅射[6、7]、MOCVD[8]等。
热解喷涂法工艺简单，但是存在原料利用率低、薄膜均匀性差等缺点；MOCVD法沉积速率较高，但是成膜在衬底上的附着力较差，同时原材料的价格也很昂贵；用磁控溅射法沉积掺Al的ZnO薄膜具备沉积速率高，成膜质量好，价格低廉等优势，因此国内外很多研究机构都采用这种工艺对ZAO薄膜的特性进行分析和研究。
本文利用磁控溅射工艺和Zn：Al合金靶在玻璃衬底上制备了ZnO：Al透明导电薄膜，研究了不同衬底温度对薄膜的电学、光学以及结构性能的影响。
基底温度对磁控溅射法制备TiN薄膜性能的影响
乐凯胶 片股份有 限公 司涂布线动 力段 长、技术 员，机械 专业 中
［４】（美 ）Ｅ．Ｂ．Ｇｕｔｏｆｆ，Ｅ．Ｄ．Ｃｏｈｅｎ，Ｇｅｒａｉｄ Ｋｈｅｂｏｉａｎ编 ，侯景滨， 航 特 高技 师 ，熟悉影像涂 布生产 线、光伏产品 功能膜涂布 线、
王洪泽等译 【Ｍ】．涂布和干燥缺 陷 ．乐凯胶 片股份有限公 司涂 布 熔融挤 出膜 生产线 的设备 与改造 ，归纳总结行 业设备检 修 改造
【摘要 】压 电式喷头使 用过程 中会在 某些 因素 的影 响下，打 印质量 明显 下降。本文从机械 损伤、防紫外线措施 、供
墨系统、设备维护几个方面分析引起喷头打印质 量下降的原 因。
【关键词 】喷墨；打印质 量；喷孔
【中图分类 号】Ｆ４２６．６
【文献标识码 】Ａ
【文章编号 】１００９—５６２４（２０１８）１０—００２７—０２
１８０
ＸＲＤ分析，分析 结果如 图 ２所示 。
［２］李开林 ．带材传输中的跑偏及其纠正 ［Ｊ］．武汉化工学院学
报 ，１９８９（３）： ４０－４５．
作 者 简介： 王志刚 ，男，４９岁， 中共 党员，汉 族，大专 学历，
【３］王丰 ．电液 张力控制 系统 的研究 ［Ｊ】．浙江大学，２００２．
薄膜 电阻率与基底温度呈现 明显的规律 性，随着温度 的升
本底真空度 ／Ｐａ
６．６× １０一。
高 ，薄膜 电阻率逐渐减小 ，并且在原有 实验数据 的基础上
基底温度 ／＇ｃ 工作气压 ／Ｐａ 溅射功率 ／１ｖ
３５０
增加 了基底温度为 ４５０℃的实验 样品，测试结果为 电阻率
０．３
更 小。为 了确 定测 试结果 的真 实准确 性，我们 又进 行 了
基片温度对磁控溅射HfO2薄膜结构和性能影响分析
基片温度对磁控溅射HfO2薄膜结构和性能影响分析惠迎雪;刘政;王钊;刘卫国;徐均琪【摘要】HfO2 thin films were deposited on single crystalline silicon substrate by using magnetron sputtering in totally reactive oxygen plasma.Effect of substrate temperatures on the structure and properties of HfO2 films were investigated.Phase structure, component and surface topography were characterized by using the X-ray diffraction analysis (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and atomic force microscopy (AFM), respectively.The mechanical properties of the films were measured by using the nano-indentation.It is indicated that the (111)-oriented HfO2 films could be obtained and the structure of the as-deposited films was not changed as the increase of the substrate temperature.The stoichiometric ratio, surface topography and nano-mechanical properties of the as-deposited films were dependent on the substrate temperature.The stoichiometric ratio would be deteriorated with the substrate temperature increasing, which was attributed to the diffusion of silico n.The best substrate temperature was found to be 200 ℃.The atom ratio of O/Hf for the as-deposited films could arrive to be 1.99.In addition, the lowest value of root-mean-square(RMS) roughness and the maximum value of hardness and elastic modulus were obtained.%在纯氧条件下,采用直流磁控溅射技术在单晶硅基片上沉积氧化铪(HfO2)薄膜,并研究了沉积过程中基片温度对薄膜结构和性能的影响规律.利用X射线衍射仪(XRD)和X射线能谱(XPS)表征了薄膜的晶体结构和组分,利用原子力显微镜(AFM)观察薄膜表面形貌,利用纳米力学测试系统表征了薄膜的纳米硬度和弹性模量.结果表明:磁控溅射制备的HfO2薄膜样品呈(111)择优生长,其晶粒尺寸随着基片温度的升高而增大,但其晶型并不发生转变.随着基片温度的增加,基片中的硅元素向薄膜内扩散,影响了薄膜的化学计量比.沉积薄膜的表面形貌和力学性能亦受到其结构和组分变化的影响.在200 ℃条件下制备的HfO2薄膜纯度高,O、Hf元素化学计量达到了1.99,其表面质量和力学性能均达到了最佳值,随着基片温度升高至300 ℃以上,薄膜纯度下降,表面质量和力学性能均产生劣化.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2016(037)006【总页数】8页(P872-879)【关键词】HfO2薄膜;磁控溅射;晶体结构;组分;纳米力学性能【作者】惠迎雪;刘政;王钊;刘卫国;徐均琪【作者单位】西安工业大学光电工程学院,陕西西安710021;中科院西安光学精密机械研究所,陕西西安 710119;飞秒光电科技(西安)有限公司,陕西西安 710119;西安工业大学光电工程学院,陕西西安710021;西安工业大学光电工程学院,陕西西安710021;西安工业大学光电工程学院,陕西西安710021【正文语种】中文【中图分类】TN3058;O484.1氧化铪(HfO2)薄膜作为常见的高折射率材料，具有宽光谱透过性(0.22 μm～12 μm)，宽光学带隙和高硬度，经常将其与低折射率材料SiO2组合制备各种光学膜系[1-2]。
基底温度对磁控溅射制备氮化钛薄膜的影响
基底温度对磁控溅射制备氮化钛薄膜的影响磁控溅射是一种常用的薄膜制备技术，广泛应用于电子器件、光学器件、化学传感器等领域。
在磁控溅射制备氮化钛薄膜的过程中，基底温度是一个重要的参数，可以对薄膜的性质和性能产生影响。
首先，基底温度可以影响薄膜的结晶性。
在磁控溅射制备氮化钛薄膜的过程中，氮气会被注入到靶材表面形成氮化钛化合物。
在不同的基底温度下，氮气的扩散速度会不同，从而影响了氮化钛的生长行为。
一般来说，较高的基底温度有利于氮化钛薄膜的结晶，可以获得较好的晶体结构和晶粒尺寸。
而低温下的制备，则可能导致非晶态或非完全结晶的薄膜。
其次，基底温度还可以影响薄膜的成分和化学结构。
在磁控溅射制备过程中，靶材受到电子轰击而产生的离子和中性粒子会沉积在基底表面，形成所需的薄膜。
不同温度下，离子和中性粒子的运动速度和能量都会有所不同，从而影响了它们在基底表面的沉积行为。
较高的温度有助于薄膜材料的均匀沉积，而较低的温度可能导致非均匀沉积或枝状结构的形成。
此外，基底温度还可以影响化学反应速率，从而改变薄膜的成分和化学结构。
最后，基底温度对薄膜性能的影响也十分重要。
在磁控溅射制备氮化钛薄膜的过程中，较高的基底温度通常可以提高薄膜的密度和致密性，降低缺陷和气孔的形成。
同时，基底温度还可以影响薄膜的表面平整度和粗糙度，从而影响薄膜的光学性能、导电性能和机械性能。
总而言之，基底温度对磁控溅射制备氮化钛薄膜的影响非常明显。
通过控制合适的基底温度，可以获得具有优良结晶性、适当成分和高性能的氮化钛薄膜。
然而，基底温度的控制必须在制备过程的其他参数（如气体流量、沉积速率等）的条件下进行，以获得最佳的制备效果。
衬底温度对射频磁控溅射制备HfO2薄膜质量的影响
衬底温度对射频磁控溅射制备HfO2薄膜质量的影响摘要：随着现代集成电路的发展，提出了要以其他具有高介电常数的材料来代替SiO2，高K氧化物材料成为这一领域热门研究方向。
HfO2材料作为SiO2最好的替代物，与硅基电路集成时有良好的兼容性。
相比较于传统的铁电材料，经过特殊处理的HfO2基薄膜同样具备铁电性。
这样，传统的铁电材料有望突破制约非易失性铁电存储器发展的材料瓶颈。
本论文以探究HfO2薄膜质量为背景，以射频磁控溅射法制备HfO2薄膜，通过使用X射线衍射仪（XRD）对薄膜的物相组成与结晶情况进行表征分析，SEM表征薄膜样品的表面形貌。
1.引言近些年的快速发展中，CMOS集成电路的沟道长度已经降低到现今的几十纳米，例如在英特尔公司生产的芯片中，其栅极厚度已经降低至45纳米。
在45纳米这个尺寸下，栅极中的等效氧化层的厚度必须低于3纳米，传统的氧化硅栅介质材料的厚度将会降低为1纳米，这样对于氧化硅材料会导致其漏电流增大，即发生量子隧穿效应。
应用最为广泛的栅介质材料二氧化硅厚度将到达其尺寸极限，为了应对此现象，可以提高晶体管中介层的相对物理厚度来现器件的尺寸持续降低，于是有学者们就提出了要以其它具有高介电常数的材料来代替二氧化硅。
在制备薄膜方法中，氧化铪层的结构和性质强烈依赖于沉积条件和后退火处理的技术。
任何潜在的高K栅极电介质的明确目标是使硅沟道获得高质量的界面，伴随着沉积处理后期栅极氧化物的非晶结构的生成。
不幸的是，高K氧化物具有低的结晶温度，而作为单一非晶相的稳定性高达800-1000ºC是CMOS热处理所需要的。
这种要求是因为晶界扩散路径作为掺杂剂和氧化膜界面。
因此，从技术角度来看，与多晶栅极电介质膜相比，非晶层的优点是具有较低的漏电流，更好的均匀性，以及最终对电性能的更高的再现性。
然而，到目前为止，栅极电介质的结构和器件性能之间的相关性仍需要详细研究。
为了致力于解决这个问题，防止沉积氧化铪层与硅衬底之间的化学反应。
基底温度对直流磁控溅射ITO薄膜性能的影响
的内在关系 。
２ 实 验
实验设 备 为 直 流 磁 控 溅 射 镀 膜 机 ， 基底采用 ０ｍｍ×３ ｍｍ 的 Ｂ Ｋ ７ 玻 璃 。 镀 膜前用 石油 醚 对 ３ 组分为 犿 玻 璃 基 底 清 洗。 靶 材 为 Ｉ Ｔ Ｏ 陶 瓷 靶， （ ： 靶材 规格为８ Ｉ ｎ 犿（ Ｓ ｎ Ｏ ＝９∶１， ３ ｍｍ× ２Ｏ ３） ２） ， 充入氩气 和 氧 气 作 为 工 作 气 体 和 反 应 气 体。 ５ｍｍ 在保持氩气和氧气 量 比 例 、 本底真空度和工作气压 基底温度从室温到２ 一致的实验条件下 ， ７ ５ ℃ 变化 。 用Ｐ ｅ ｒ ｋ ｉ ｎ Ｅ ｌ ｍ ｅ ｒ公司 生 产 的 Ｌ ａ ｍ ｂ ｄ ａ ９ ０ ０分光光度 计测定样品在 ３ ０ ０～１ ２ ０ ０ ｎ ｍ 光谱范围内的透射 率 ， 方块电阻用标准四 探 针 测 试 仪 测 定 ， 并用日本理学 测量仪对薄膜结 Ｄｍ ａ ｘ ２ ５ ５ ０型 Ｘ 射 线 衍 射 （ Ｘ Ｒ Ｄ） 构进行了表征 。 除基底温度以外 ， 保持其他工艺条件 ， 如表 １ 所 示 。 样品编号及其基底温度如表 ２ 所示 。
犐 狀 犳 犾 狌 犲 狀 犮 犲狅 犳犛 狌 犫 狊 狋 狉 犪 狋 犲犜 犲 犿 犲 狉 犪 狋 狌 狉 犲狅 狀 犇 狅 犲 犱 狆 狆 狆 犐 狀 犱 犻 狌 犿犗 狓 犻 犱 犲犜 犺 犻 狀犉 犻 犾 犿 狊犘 狉 犲 犪 狉 犲 犱犫 犻 狉 犲 犮 狋犆 狌 狉 狉 犲 狀 狋犕 犪 狀 犲 狋 狉 狅 狀犛 狌 狋 狋 犲 狉 犻 狀 狆 狔犇 犵 狆 犵
基底温度对磁控溅射制备氮化钛薄膜的影响
第 31卷第 6期 2007年 12月
南昌大学学报 (理科版 )
℃时薄膜的 AFM 图 ,从图中可看出 TiN x 薄膜的表
( d) 360 ℃
图
2 不同基底温度下制备的
TiN
薄膜的
x
AFM 图
面平整 ,致密 ,晶粒成颗粒状生长且颗粒细小均匀 。 通过离线软件分析可知 150 ℃时 TiN x 薄膜区域内 均方粗糙度 Rm s为 1. 26 nm ,区域内颗粒的平均直 径为 11. 29 nm; 210 ℃时 TiN 薄膜区域内 Rm s为 1. 27 nm ,区域内颗粒的平均直径为 12. 67 nm; 270
薄膜的电阻率与方块电阻和薄膜厚度有如下关 系:
ts / ℃ 图 3 TiN x薄膜电阻率与基底温度的关系
从图 3可看出 TiN x 薄膜的电阻率比 TiN 体电 阻率要大的多 ,这是因为 TiN x 薄膜只有当 N / Ti原 子比接近 1时电阻率才最低 ,而本实验中 TiN x 薄膜 主要为 Ti2N , N / Ti原子比远小于 1。图中曲线表明 TiN x 薄膜电阻率随着基底温度的升高而显著下降 , 这与 TsaiW. 等人的结论是相吻合的 。在做这组实 验前也曾在室温下制备 TiN x 薄膜 ,但薄膜的电阻率 很大 ,方块电阻超出了四探针的测量范围 。这是因 为在较低的基体温度下 ,薄膜的结晶情况较差 ,缺陷 密度较大 ,从而增加了载流子的散射 ,因此薄膜电阻 率较高 ,导电性能差 。随着基底温度的升高 ,被溅射 出来的靶材原子在基体吸附后仍有较大的动能 ,原 子表面扩散能力增加 ,薄膜容易有序结晶化和晶粒 取向一致化 ,缺陷密度降低 ;这导致载流子浓度的增 大和迁移率的提高 ,从而薄膜的导电能力大大的增 加了 。并且基底温度的升高也有助于溅射出来的 Ti原子与 N 原子在基底更好的反应 ,提高了 TiN x 薄膜中的 N / Ti原子比 ,从而提高了 TiN x 薄膜的导 电性 。
温度对磁控溅射法制备的NiO薄膜的影响
第２６卷第２期２ ０ １ ３年５月 青岛大学学报（自然科学版）ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＩＮＧＤＡＯ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．２Ｍａｙ ２ ０ １ ３ 文章编号：１００６－１０３７（２０１３）０２－００３０－０４ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－１０３７．２０１３．０５．０７温度对磁控溅射法制备的ＮｉＯ薄膜的影响耿广州１，２，单福凯１，２，张 倩１，２，刘国侠１，Ｓｈｉｎ Ｂ．Ｃ．２，Ｌｅｅ Ｗ．Ｊ．２，Ｋｉｍ Ｉ．Ｓ．２（１．青岛大学物理科学学院，青岛大学纤维新材料与现代纺织国家重点实验室培育基地，青岛２６６０７１；２．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｃｅｎｔｅｒ，ＤｏｎｇＥｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｕｓａｎ ６１４－７１４，Ｋｏｒｅａ）摘要：采用射频磁控溅射法，以ＮｉＯ靶材为溅射靶材，在不同温度玻璃衬底上制备了ＮｉＯ薄膜。
利用Ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ）、原子力显微镜（ＡＦＭ）、扫描电子显微镜（ＳＥＭ）、分光光度计以及四探针测试系统研究了温度对薄膜结构、光学和电学性能的影响。
结果分析表明所有ＮｉＯ薄膜都具有（１１１）方向的择优取向，并且晶格常数随温度升高而减小。
ＮｉＯ薄膜的晶粒尺寸和粗糙度也随着温度的升高而增大。
由于ＮｉＯ薄膜中镍空位和间隙氧的减少，薄膜的透过率、禁带宽度以及电阻率都随温度的升高而增大。
关键词：ＮｉＯ；磁控溅射；镍空位；间隙氧中图分类号：Ｏ４８４．４文献标志码：Ａ收稿日期：２０１２－０１－２３基金项目：山东省自然科学基金项目支持（项目编号：ＺＲ２０１１ＦＭ０１０和ＺＲ２０１２ＦＭ０２）．作者简介：耿广州（１９８８－），男，硕士研究生。
主要研究方向：半导体薄膜的制备与表征。
通信作者：单福凯，男，硕士生导师，主要研究方向：半导体薄膜的制备与表征。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｋｓｈａｎ＠ｑｄｕ．ｅｄｕ．ｃｎＮｉＯ是一种直接带隙宽禁带Ｐ型半导体，禁带宽度为３．６到４．０ｅＶ［１］。
衬底温度对磁控共溅射制备的Zn(O,S)薄膜结构和光电性能的影响
衬底温度对磁控共溅射制备的Zn(O,S)薄膜结构和光电性能的影响彭柳军;杨雯;陈小波;自兴发;杨培志;宋肇宁【期刊名称】《人工晶体学报》【年(卷),期】2015(44)1【摘要】采用磁控共溅射沉积法,以氧化锌和硫化锌为靶材,在不同衬底温度下制备了Zn(O,S)薄膜。
采用X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计、霍尔测试仪和拉曼光谱测试仪对Zn(O,S)薄膜进行了结构和光电特性研究。
结果表明:Zn(O,S)薄膜具有六方纤锌矿结构,属于二模混晶;在可见-近红外波段的吸收率小于5%;其为N型半导体,电学特性随衬底温度的变化而变化;衬底温度为200℃时制备的厚度为167 nm的Zn(O,S)薄膜的载流子浓度达到8.82×1019cm-3,迁移率为19.3 cm2/V·s,表面呈金字塔结构。
【总页数】6页(P38-42)【关键词】Zn(O,S)薄膜;磁控共溅射;衬底温度;光电性能【作者】彭柳军;杨雯;陈小波;自兴发;杨培志;宋肇宁【作者单位】云南师范大学可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室;云南师范大学太阳能研究所;美国托莱多大学物理与天文系【正文语种】中文【中图分类】O484【相关文献】1.双靶反应磁控共溅射制备Al掺杂ZnO薄膜及其光电性能 [J], 刘丹;李合琴;武大伟;刘涛2.磁控共溅射法制备Zn1-xCrxO薄膜及其结构性能 [J], 朱珊珊;陈希明;肖琦;吴小国3.磁控共溅射法制备的Zn2GeO4多晶薄膜结构及其光致发光研究 [J], 王振宁;江美福;宁兆元;朱丽4.衬底温度对共溅射法制备TZO薄膜光电性能的影响 [J], 何双赐;钟志成;魏彦锋;汪竞阳;张旭明5.衬底温度对共溅射制备AZO薄膜光电性能影响 [J], 何双赐;钟志成;汪竞阳;魏彦锋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
衬底温度对氧化锌薄膜场发射性能的影响
衬底温度对氧化锌薄膜场发射性能的影响李军;王如志;王波;严辉【期刊名称】《液晶与显示》【年(卷),期】2008(23)4【摘要】利用射频磁控溅射法制备了不同衬底温度的氧化锌(ZnO)薄膜.研究了其场发射特性,分析了场发射特性和衬底温度的变化关系.实验结果表明, 开启电场随着衬底温度的增加呈先增大后减小的趋势,场发射特性的变化是由于衬底温度的改变引起表面形貌的变化所致.衬底温度为300 ℃时沉积的ZnO薄膜样品粗糙度最小,场发射性能最差,其开启场强为1.7 V/μm,场强为3.8 V/μm时电流密度仅为0.001 97 A/cm2;衬底温度为400 ℃时沉积的ZnO薄膜样品表面粗糙度最大,场发射特性也优于其他薄膜;开启场强为0.82 V/μm, 场强为3.8 V/μm时电流密度稳定在0.03 A/cm2.Fowler-Nordheim(F-N)曲线为直线表明, 电子是在外加电场的作用下隧穿表面势垒束缚发射到真空的.【总页数】5页(P473-477)【作者】李军;王如志;王波;严辉【作者单位】北京工业大学,材料科学与工程学院,薄膜材料实验室,北京,100022;北京工业大学,材料科学与工程学院,薄膜材料实验室,北京,100022;中国科学院,半导体研究所,半导体材料重点实验室,北京,100083;北京工业大学,材料科学与工程学院,薄膜材料实验室,北京,100022;北京工业大学,材料科学与工程学院,薄膜材料实验室,北京,100022【正文语种】中文【中图分类】TN383+.1;TN304.271【相关文献】1.衬底温度对铝掺杂氧化锌薄膜生长及其微结构性能的影响 [J], 陈首部;韦世良2.衬底温度对磁控溅射制备掺铝氧化锌薄膜的结构和光电性能的影响 [J], 范丽琴3.衬底温度对钛镁掺杂氧化锌薄膜光学性能的影响 [J], 钟志有; 朱雅; 龙浩; 王皓宁4.衬底温度对磁控溅射法制备掺Ta氧化锌薄膜性能的影响 [J], 杨天琦;李翠平;曹菲菲5.衬底温度对氧化锌薄膜微结构及光学性能的影响 [J], 陈星辉;唐颖慧;王加强;柴晗阳;魏新琪;陈光伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
磁控溅射法生长ZnO薄膜的结构和表面形貌特性
磁控溅射法生长ZnO薄膜的结构和表面形貌特性潘峰;郭颖;陈长乐;文军【期刊名称】《陕西理工学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(26)4【摘要】采用射频磁控溅射方法,在Si(111)和玻璃基片上制备ZnO薄膜.研究衬底温度和基片类型对薄膜结构、表面形貌的影响.结果显示,所有ZnO薄膜沿c轴择优生长,同种基片类型上生长的薄膜,随着衬底温度升高,(002)衍射峰强度和表面粗糙度增高;相同衬底温度下生长的ZnO薄膜,Si基片上制备的薄膜(002)衍射峰强度和表面粗糙度小于玻璃片上的.基片类型影响薄膜应力状态,玻璃片上制备的ZnO 薄膜处于张应变状态,Si基片上的薄膜处于压应变状态;对于同种基片类型上生长的ZnO薄膜,衬底温度升高,应力减小.Si衬底上、300℃下沉积的薄膜颗粒尺寸分布呈正态.【总页数】5页(P58-62)【作者】潘峰;郭颖;陈长乐;文军【作者单位】陕西理工学院,物理系,陕西,汉中,723001;陕西理工学院,物理系,陕西,汉中,723001;西北工业大学,陕西省凝聚态结构与性质重点实验室,陕西,西安,710072;渭南师范学院,物理系,陕西,渭南,714000【正文语种】中文【中图分类】O484.4【相关文献】1.衬底温度对磁控溅射法制备ZnO薄膜结构及光学特性的影响 [J], 徐小丽;马书懿;陈彦;孙小菁;魏晋军;张国恒2.MBE生长ZnO薄膜的结构和光学特性的研究 [J], 蓝镇立;宋宇晨;张希清;杨广武;孙建;刘凤娟;黄海琴;张蕊;殷鹏刚;郭林3.衬底温度对PLD方法生长的ZnO薄膜结构和发光特性的影响 [J], 孙柏;邹崇文;刘忠良;徐彭寿;张国斌4.MgO(111)上ZnO薄膜的外延生长及其结构和光学特性 [J], 杜达敏;王惠琼;周华;李亚平;黄巍;徐建芳;蔡加法;崔琳哲;张纯淼;陈晓航;詹华翰;康俊勇;;;;;;;;;;;;5.MgO(110)上ZnO薄膜的外延生长及其结构特性 [J], 袁学斌;耿伟;王小丹;周华;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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第31卷 第5期光 学 学 报V ol .31,N o .52011年5月ACTA OPTICA SINICAMay ,2011基底温度对直流磁控溅射制备掺铝氧化锌薄膜性能的影响杨昌虎1,2 马忠权1 袁剑辉21上海大学物理系索朗光伏材料与器件联合实验室,上海2004442长沙理工大学物理与电子科学学院,湖南长沙410114摘要 采用直流磁控溅射工艺,使用掺铝氧化锌(AZ O )陶瓷靶,在玻璃基底上制备出具有c 轴择优取向的AZ O 透明导电薄膜。
运用共焦显微拉曼光谱仪对A ZO 陶瓷靶的微结构进行了表征,对在不同基底温度下沉积出来的薄膜运用扫描电子显微镜(SEM )、X 射线衍射(X RD )、紫外-可见光分光光度计和四探针测试仪等分别进行了结构和光电特性的表征。
结果表明,随着基底温度的升高,AZ O 薄膜的晶粒逐渐增大,c 轴择优取向加强,结晶状况变好;AZO 薄膜的吸收边发生蓝移,折射率降低,而薄膜厚度则有所增加,光学禁带宽度增大;A ZO 薄膜的电阻率降低,但在基底温度达到350℃后电阻率就趋于稳定。
关键词 薄膜;A ZO 薄膜;直流磁控溅射;结构;光电性能中图分类号 T N 204 文献标识码 A doi :10.3788/AOS 201131.0531001Influence of Substrate Te mperature on Prope rties of Aluminum -Dope dZinc Oxide Films Prepared by DC Magnetron SputteringYang Changhu 1,2 Ma Zhongquan 1 Yuan Jianhui 21S hu -Solare R &D Jo int Laborat ory ,D epartment of Physics ,Shanghai University ,Shanghai 200444,China2School of Physics and Electronic Science ,Changsha Universit y of Science and Technology ,Changsha ,Hunan 410114,ChinaAbstract Transparent and conductive c -axis oriented alum inum -doped zinc oxide (AZO )films have been prepared on glass substrate by DC magnetron sputtering proc essing .For this purpose ,a sintered ceramic disc of ZnO mixed with Al 2O 3is used as the target .The microstructure of AZO c eramic target is characterized by micro -Raman spectroscopy .The structura l ,optical and electrical properties of the films are characterized by scanning electron m icroscope (SEM ),X -ray diffraction (XRD ),UV -visible spectrophotomet er and four -probe tester respectively .As the substrate temperature increases ,the results show that grain size of the AZO films gradually increa ses ,the films have a strong c -axis orientation and the crystallization of films becomes better .The absorption edge has a blue shift with increasing deposition temperature .The refractive index of the films decreases but film s thickness and optic al band gap increa se with increasing deposition temperature .Resistivity of AZO films decreases with increasing deposition temperature but resistivity approaches stable after substrate temperature reaches 350℃.Key wo rds thin films ;AZO thin films ;direct c urrent magnetron sputtering ;structure ;optica l and electric al propertiesOCIS co des 310.0310;220.4241;310.6188;310.6860;310.6870 收稿日期:2010-05-31;收到修改稿日期:2011-01-17基金项目:国家自然科学基金(60876045),上海市重点学科建设项目(S30105),上海市教委创新基金(08YZ12),SH U -SO EN ′s P V 联合实验室基金(SS -E0700601)和上海市基础研究重点项目(09JC1405900)资助课题。
作者简介:杨昌虎(1964—),男,博士研究生,高级实验师,主要从事光伏薄膜方面的研究。
E -mail :y ch .zrw q @ 导师简介:马忠权(1956—),男,教授,博士生导师,主要从事光伏方面的研究。
E -mail :zqma @mail .shu .edu .cn光 学 学 报1 引 言透明导电薄膜是一种既能导电又在可见光范围内具有高透射率的一种薄膜材料,现已成为薄膜材料领域的研究热点,广泛应用于太阳能电池、液晶显示器、热辐射反射镜等[1～3]。
透明导电薄膜的种类很多,其中,金属氧化物构成的透明导电材料(TCO)占据主导地位,而且近年来的应用领域及需求量不断地扩大。
目前商业使用的TCO薄膜材料基本上是氧化铟锡(ITO),但是I TO材料存在价格高以及铟有一定毒性等缺点,这就限制了I TO薄膜的应用[4]。
因此,有必要寻找其它更好的材料,其中由于掺铝氧化锌(AZO)透明导电薄膜与I TO薄膜材料比较,具有价格相对低、不含有毒性和在氢等离子体中很稳定等优点,是最有望取代ITO薄膜的材料[5～7]。
目前制备AZO薄膜的方法主要有:磁控溅射[8]、脉冲激光沉积[9]、溶胶-凝胶[10]、真空蒸发[11]和化学气相沉积[12]等。
在这些制备方法中,磁控溅射法具有易控制薄膜组分、成膜速率快以及便于大面积制备等优点而成为一种有效的制备AZO薄膜的方法。
对AZO薄膜的研究重点之一在于如何降低其电阻率,同时提高其在可见光区的透射率,而溅射过程的工艺因素,如基底温度会对沉积薄膜的结构和光电学性质产生重要的影响。
虽然针对基底温度对沉积薄膜的结构和光电性质的影响,前人已经做了大量的研究工作,但在这些研究中,主要是局限在射频磁控溅射制备的AZO薄膜[13～16],对直流磁控溅射陶瓷靶制备AZO薄膜的研究还很缺乏。
Yeo n-Keo n M oo n等[17]和余志明等[18]分别研究了在氩气、氧气和氩气的混合气体环境下,用直流磁控溅射陶瓷靶制备AZO薄膜的性能,他们都认为晶粒尺寸、电阻率和光能隙的变化趋势在基底温度为300℃附近时出现明显的转换,这与研究结果不相一致。
因此,基底温度对直流磁控溅射陶瓷靶制备AZO薄膜性能影响的研究还很不完善,有必要对其进行全面、系统的研究。
为此,本文首先用直流磁控溅射工艺,使用AZO陶瓷为靶材,在其它工艺参数不变的情况下,在150～450℃温度范围的玻璃基底上制备出AZO透明导电薄膜,并在相对应的温度范围内高真空退火10min。
运用共焦显微拉曼光谱仪对AZO陶瓷靶的微结构进行了表征,对在不同基底温度下沉积出来的薄膜运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见光分光光度计和四探针测试仪等分别进行了结构和光电特性的表征,系统地研究了基底温度对直流磁控溅射AZO 薄膜的晶粒大小、晶相、薄膜厚度、折射率、吸收带边、光学带隙和电阻率等性能参数的影响,为直流磁控溅射制备AZO薄膜时基底温度的选择提供了理论和实验依据。
2 实验部分2.1 AZO薄膜的制备采用JGP450型双室超高真空多功能磁控溅射设备(沈阳科学仪器研制中心有限公司),以普通玻璃为基底制备AZO薄膜,玻璃基底在溅射前经过丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗,靶材是由上海高展金属材料有限公司提供的AZO陶瓷靶材[ZnO 和Al2O3的质量分数分别为98%和2%],纯度达到99.99%。
靶材尺寸为Ф60mm×4m m,靶基距为70m m,以高纯氩气为工作气体,通过改变基底温度,利用直流磁控溅射的方法在普通玻璃基底上制备了AZO薄膜。
在正式溅射前,先用氩气对玻璃基底表面清洗1min,然后再预溅射1min,以达到清除靶表面的杂质和污染物,提高膜的纯度的目的。
在其它工艺参数不变的情况下,在150～450℃温度范围的玻璃基底上制备出AZO透明导电薄膜,并在相对应的温度范围内高真空退火10min,退火是为了改善AZO透明导电薄膜的性能[19]。
其他工艺参数经过前期摸索如表1所示。
表1磁控溅射沉积AZ O薄膜所用的工艺参数T able1P arameter s used in A ZO thin film s by mag ne tronsputtering depo sitionParame te r V alueSubstrate temperature/℃150～450Base pressure/Pa2.4×10-4Wo rking pressure/P a1.5A rgo n g as flo w rate/(mol/min)1.34×10-3S puttering powe r/W90S puttering time/min222.2 AZO薄膜的测试使用Uv-Vis Raman Sy stem1000型共焦显微拉曼光谱仪(英国,Renishaw公司),表征AZO陶瓷靶的微观结构;使用JSM-6700F型高分辨SEM(日本,JEOL公司)表征AZO薄膜的表面形貌;薄膜结构用DΜax-2550型XRD(日本,理学公司)进行检测,采用Cu Kα射线(λ=0.15048nm);使用TU1901型UV-VIS分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司),测试了样品的透射光谱;使用杨昌虎等: 基底温度对直流磁控溅射制备掺铝氧化锌薄膜性能的影响D41-11D /ZM 型微控四探针测试仪(SevenStar 公司)测量薄膜的方块电阻,使用XP -2型台阶仪(AMBIOS 公司)测量膜厚。