掺锆氧化锌透明导电薄膜的制备及特性研究

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掺铝氧化锌(ZAO)透明导电薄膜的研究进展

关键词ｚ（薄膜Ａ）电学光学性能溶胶凝胶应用
ＤｅｅｏｍｅｎｄＰｒｇｅｓｏａｐｒｎｔＣｏｄｃｉｇＺＡＯｖｌｐｎｔａｏｒｓｆＴｒｎｓａｅｎｕｔｎＴｈｉｌｓｎＦｉｍ
ＷＡＮＧｎｌ，ＸＵＹｉｉ～ｎｇＸｕｅｉｇｑｎ，ＸＵｎＧａｇ，ＨＥｎｈＸｉｕａ
பைடு நூலகம்
化物薄膜（Ｔ），Ｉ（）它具有透光率高、电性好、导硬度高等优点，广泛应用于不同的光电器件中。但由于钢为稀有元素，自然界在中存少．价格高，而且Ｉ（应用于太阳能电池中时在等离子Ｔ）
（Ｋｅ．ｂｏｎｗａｌＥｎｒｙａｄＧａｄａｅ１ｙＩｆＲｅｅｂｅａｅｇｎｓＨｙｒｔ，Ｇｕｎｚｏｎｔｕｅｏｅｇｎｅｓｎ，ｉｅｅａｇｈｕＩｓｉｔｆＥｎｒｙＣｏｖｒｉＣｈｎｓｔｏＡｃｄｍｙｏｃｅｃ，ａｇｈｕ５０４２ＣｌｇｆＭａｅｉｌｃｅｃｎｇｎｅｉｇａｅｆＳｉｎｅＧｕｎｚｏ１６０；ｏｌｅｏｔｒａｓＳｉｎｅａｄＥｎｉｅｒ，ｅｎ
ｃｎｕｔｎｈｎｆｌａｅｐｅｅｔｄｏｄｃｉｇｔｉｉｍｒｒｓｎｅ．
Ｋｅｒｙｗｏｄｓ
ＺＡＯｈｎｆｍｓｐｉａｎｌｃｒｃｌｒｐｒｉｓｏ— ｅ，ａｐｉａｉｎｔｉｉ，ｏｔｃｌａｄｅｅｔｉａｏｅｔｅ，ｓｌｌｐｌｔｌｐｇｃｏ

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

柔性衬底铝掺杂氧化锌透明导电膜的特性研究

２ＤｅａｔｎｆＰｙｉｓｈｎｏｇＵｉｅｓｔ，Ｊｎｎｈｎｏｇ２００，Ｃｉａｐｒｍｅｔｈｓｃ，Ｓａｄｎｎｖｒｉｏｙｉａ，Ｓａｄｎ５１０ｈｎ）
Ａｓｒｃ：Ｉｄｐｄｚｃｏｉｅ（ＺｆｍｓｅｅｐｅａｅｎｐｌｐｏｙｅｅａｉａＰＡ）ｓｂｔｔｂｔａｔＡ — ｏｅｉｘｄＡＯ）ｌｒｒｐｒｄｏｏｒｐｌｎｄｐｔＰｎｉｗｙｅ（ｕｓａｓｒｅ
维普资讯
第８卷第１期２００２年３月
琦能材料与器件学报
ＪＵＲＮＵＮＴＯＮＡＴｄＳＡＮＶＩＥＯＡＬＯＦＦＣＩＬＭＡＥＰＡＬＤＤＥＣＳ
Ｖｕ８．１）Ｎ０Ｍａｃ２２ｒｈ００
文章ｙ－：０７— ２２２０）一０００ｇ１０４５（０２叭－０８～５
柔性衬底铝掺杂氧化锌透明导电膜的特性研究
郝晓涛马瑾，田茂华，王卿璞马洪磊！叶丽娜ｔ陈峰ｚ，，，，
【．山东大学光电材料与器件研究所，济南２００；１５１０２．山东大学物理系，济南２００）５１０
ａｏｍｔｍｐｒｔｒｖｒｆｔｒｏｅｅａｕｅｂ．．ｍａｎｔｎｓｕｔｒｇｔｃｎｑｅＴｅｆｍｓ０ａｉｕｈｃｎｓｅｅｅｇｅｒｐｔｉｈｉｕｈｉｆｒｏｓｔｉｋｅｓｓｗｒｏｅｎｅｌｖｏｔｉｅｙｖｒｉｇｔｅｄｐｓｔｇｔ．ＴｅｏｔａｎｌｃｒａｐｏｅｉｓｗｒｔｄｅｏｂａｎｄｂａｙｎｈｅｏｉｎｍｅｉｉｈｐｉｌｄｅｅｔｃｌｒｐｒｅｅｅｓｕｉｄｆｒｃａｉｔＡＺＯｓｍｐｅｔｉｅｅｔｈｃｎｓ，ａｄｔｅｓｒｃｕａｒｐｒｅｅｅａｓｉｕｓｄａｌｓｗｉｄｆｒｎｉｋｅｓｎｈｔｔｒｌｏｅｉｓｗｒｌｄｓｓｅ．ｈｆｔｕｐｔｏｃＫｅｒＳｔｎｐｒｎｏｄｃｉｅｉｃｏｉｅｆｍｓｌｘｂｅｓｂｔａｅｙＷＯｄ：ｒｓａｅｔｎｕｔ；ｚｎｘｄｌ；ｆｉｌｕｓｔｓａｃｖｉｅｒ

ZnO∶Nb透明导电薄膜的制备及光电特性研究

紫外一可见分光光度计测量薄膜样品的光学透过率。
文章编号：１００１－９７３１（２０１３）０７－１０１２－０３
１引言
透明导电氧化物（ＴＣＯ）薄膜因其优良的光电性能而被广泛应用在各种光电器件中，如平面液晶显示器和太阳能电池等口］。如今最重要的透明导电氧化
物材料是Ｓｎ掺杂Ｉｎ０。（ＩＴＯ），并且高质量的ＩＴＯ薄膜通过溅射超高致密的陶瓷靶材已经获得产业化。随
３结果与讨论
图１为在不同溅射功率下制备的ＺｎＯ：Ｎｂ薄膜ｘ射线衍射图谱。
着ＩＴＯ薄膜用量的不断增加，Ｉｎ资源不断减少，ＩＴＯ
薄膜的成本就会不断上升，而ＺｎＯ基透明导电膜则可
能成为ＩＴＯ薄膜的替代产品［３］。ＺｎＯ是 Ⅱ一 Ⅳ族直接带隙半导体材料，室温下的禁带宽度约为３．３７ｅＶ。作为一种本征的ｎ型半导体材料，ＺｎＯ通过施主掺杂，如Ａ１、Ｇａ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔｉ和Ｙ等［，便可以获得较高的电子浓度，而在可见光区域仍能保持较高的透射率。
功率下制备了ＺｎＯ：Ｎｂ薄膜。在溅射之前，玻璃衬
底依次用无水乙醇擦拭、丙酮溶液超声清洗１０ｍｉｎ、无

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
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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

氧化锌透明导电薄膜制备技术研究

氧化锌透明导电薄膜制备技术研究随着现代电子科技的快速发展，透明导电薄膜的需求量越来越大，特别是在显示器、太阳能电池、智能玻璃、触摸屏等领域得到了广泛应用，因此，透明导电薄膜的开发和研究成为了热点话题。

其中氧化锌透明导电薄膜是一种性能优良、稳定性高的透明导电薄膜材料，具有很高的研究和应用价值。

氧化锌（ZnO）是一种物理和化学性质稳定的半导体材料，具有广泛的应用前景。

其中最具代表性的就是氧化锌透明导电薄膜，它可以用于液晶显示器、智能玻璃、太阳能电池等领域。

氧化锌透明导电薄膜具有很高的透明率（超过90%），较低的电阻率（10-4-10-2Ω/cm2），优良的光学、电学性能和化学稳定性，极易制备成大面积平整薄膜。

制备氧化锌透明导电薄膜的方法有很多种，如磁控溅射法、射频反应磁控溅射法、化学气相沉积法、离子束溅射法等。

其中，磁控溅射法是一种常用的制备氧化锌透明导电薄膜的方法。

它可以通过控制沉积条件来调控氧化锌的形貌、结构和性能。

同时，该方法还具有操作简单、制备成本较低等优点，因此在学术研究和工业生产中得到了广泛应用。

磁控溅射法制备氧化锌透明导电薄膜的基本过程是，在高真空环境下，利用惯性离子把氧化锌靶材表面的原子和离子溅射到基板表面，形成薄膜。

该方法可以用简单的设备和低温沉积条件制备高品质的氧化锌透明导电薄膜。

同时，该方法还具有较高的生长速率、较低的沉积温度、较好的可重复性和控制性等优点。

在制备氧化锌透明导电薄膜时，常采用掺杂的方式来改善其导电性能。

通常采用的掺杂剂有铝、锡等元素。

磁控溅射法制备氧化锌透明导电薄膜的关键技术是对沉积条件的控制。

首先，要选择合适的氧化锌靶材，提高靶材的纯度和致密度，以保证沉积出的氧化锌薄膜具有较高的质量。

其次，要控制沉积温度和气压，保证薄膜的形貌和结构。

同时，沉积时间和离子能量也是影响氧化锌透明导电薄膜质量的重要因素。

最后，要在沉积过程中对氧化锌薄膜进行掺杂，提高其导电性能。

掺杂的方式可以分为氧化物掺杂、杂质掺杂和气体掺杂等。

高导电高透明性ZnO：Al透明导电膜的制备工艺研究

首先将洁净的载玻片固定，垂直浸入制备好的溶液中，停留ｌｎ以达到吸附平衡。然后打开流量控制阀，保持液ｍｉ
面以ｌｍ／的速度下降，待载玻片离开液面，取下放置在ｍｓ
１实验
１１试验药品．
市售二水合乙酸锌［ｎ（Ｈ。Ｏｚ・２Ｏ，Ａｎ，ｚＣＣＯ）Ｈ３
法，设备更加简易，操作更加简单，最突出的优点是克服了提拉过程中的机械振动对薄膜均匀性的不良影响，使成膜均
匀性更好。
ＡＯ薄膜的方法主要有磁控溅射法［、化学气相沉积法ｌ、Ｚ５］＿６］脉冲激光沉积法：、喷雾热分解法［和溶胶一凝胶法等。。］。溶胶一凝胶法具有成本较低，工艺简单可控，且能克服其他方法难以大面积成膜的缺点，成为研究的重点之一ｌ】。
２１２．９８２部队，海南海口５０２）７１５
海口５０２；７２８
摘要：本文采用溶胶一凝胶法，利用浸渍下降涂膜装置及氮气退火工艺成功制备出高透光率、高导电的掺铝氧化锌
（ｎＺＯ：Ａ１，ＡＺＯ）透明导电膜，并对薄膜性能进行了表征。结果表明：氮气退火处理对ＡＺＯ薄膜结构及光电性能有较大
２１０２年・２期第
技术与研究
中国材料科技与设备（双月刊）
高导电高透 Leabharlann 性ＺＯ：ｎ透明导电膜的制备工艺研究
张凡，郝万军，赵冉，张振华，孙昌萌陈东卫，
（＿１海南大学材料与化工学院教育部海南优势资源化工材料重点实验室，海南

氧化锌薄膜的制备和性能研究

氧化锌薄膜的制备和性能研究氧化锌作为一种具有广泛应用领域的功能性材料，拥有很多优异的性能，比如高温稳定性、透明度和导电性等。

因此，制备氧化锌薄膜并研究其性能一直是材料领域中的研究热点之一。

本文将探讨氧化锌薄膜的制备方法和相关性能研究进展。

一、氧化锌薄膜的制备1.1 溶液法制备溶液法制备氧化锌薄膜一直是氧化锌薄膜制备领域中的主流方法之一。

溶液法通常通过将氧化锌纳米晶体或氧化锌粉末溶于有机溶剂或无机酸碱溶液中，然后在基片表面通过溶液沉积法得到薄膜。

在此过程中，通过控制pH值、温度、浓度等条件，可以调节氧化锌溶液的稳定性和在基片表面的沉积速率，因而得到具有不同性质的氧化锌薄膜。

1.2 气相沉积法制备气相沉积法是另一种制备氧化锌薄膜的方法，它通过将氧化锌颗粒或金属氧化锌的有机化合物在热源的作用下加热挥发，并在基片上凝固成为薄膜。

相比于溶液法，气相沉积法通常能够得到更加均匀、结晶度更高的氧化锌薄膜，适用于大面积、高质量氧化锌薄膜的制备。

1.3 其他制备方法除了溶液法和气相沉积法之外，还有磁控溅射法、激光沉积法等多种方法可以制备氧化锌薄膜。

这些方法各有优缺点，例如，磁控溅射法具有高制备效率和较好的薄膜均匀性，但其设备成本较高，而激光沉积法则可以制备非常高质量的氧化锌薄膜，但是其制备过程较为繁琐并且产量较低。

二、氧化锌薄膜的性能研究2.1 光电性能由于氧化锌薄膜具有很高的透明性和导电性，因此在光电器件中具有广泛的应用。

例如，有研究表明，氧化锌薄膜在太阳能电池、光电探测器、显示器等领域中均具有很大的应用潜力。

此外，氧化锌薄膜还可以通过改变其掺杂方式，调节其导电性能和光学响应。

2.2 光催化性能氧化锌薄膜在光催化领域中也具有很大的应用前景。

因为氧化锌薄膜具有较高的比表面积和高能量电子的寿命，在光照的条件下，可以有效地促进水的氧化和有机物的降解。

近年来，有很多研究对氧化锌薄膜的光催化性能进行了探究，并进一步发现了其优化方法和提高效率的途径。

掺钛氧化锌透明导电薄膜的制备及特性研究

刘汉法等：掺钛氧化锌透明导电薄膜的制备及特性研究
（曩）靶村问距为７．５伽Ｉ（ｂ）靶衬『ＨＪ距为４．６∞
２．２
图２不靶衬间距下ＺｎＯ：Ｔｉ薄膜的ＳＥＭ照片
Ｆｉｇ．２
ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆＺｎＯ：Ｔｉｆｉｌｍｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉｓｔａｎｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔａｒｇｅｔａｎｄｓｕｂｓｔｒａｔｅ
角纤锌矿结构。由于Ｔｉ４＋离子半径（Ｏ．０６０５ｎｍ）
小于ｚｎ２＋离子半径（０．０７４ｎｍ），并且ＺｎＯ：Ｔｉ薄膜
的ｘ射线衍射谱中没有观察到Ｔｉ０２的衍射峰，这
表明Ｔｉ４＋离子很可能是以替位的形式存在于ＺｎＯ：Ｔｉ
薄膜中的。
２５ｊ
邑２０宜１５昌１０
葛
５
２口，（。）（ａ）靶衬间距为７．５ｃｍ
艺技术与材料
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－３５３ｘ．２００９．１１．０１１
掺钛氧化锌透明导电薄膜的制备及特性研究
刘汉法，张化福，袁玉珍，袁长坤
（山东理工大学理学院，山东淄博２５５０４９）
摘要：利用直流磁控溅射法在室温水冷玻璃衬底上成功地制备出了掺钛氧化锌（ＺｎＯ：Ｔｉ）透明导电薄膜。研究了靶衬间距对ＺｎＯ：Ｔｉ薄膜结构、形貌和光电性能的影响。研究结果表明，靶衬间距对ＺｎＯ：Ｔｉ薄膜的结构和电阻率有显著影响。Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）表明，ＺｎＯ：Ｔｉ薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜，且具有Ｃ轴择优取向。在靶衬间距为４．６ｃｍ时，实验获得的ＺｎＯ：Ｔｉ薄膜电阻率具有最小值４．１８×１０＿４Ｑ·ｃｍ。实验制备的ＺｎＯ：Ｔｉ薄膜具有良好的附着性能，可见光区平均透过率超过９２％。ＺｎＯ：Ｔｉ薄膜可以用作薄膜太阳能电池和液晶显示器的透明电极。

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。

透明导电薄膜的制备方法及性能研究

透明导电薄膜的制备方法及性能研究引言透明导电薄膜作为一种具有重要应用前景的材料，在电子器件、光伏领域等方面具有广泛的应用。

因此，对透明导电薄膜的制备方法及性能进行研究具有重要意义。

本文将围绕透明导电薄膜的制备方法和性能进行详细探讨，旨在提供相关研究的最新进展和未来发展方向。

一、透明导电薄膜的制备方法1. 喷雾法喷雾法是制备透明导电薄膜的一种常用方法。

通过将导电材料以溶胶或乳液形式喷雾于基底表面，随后利用高温烧结、烘干或光照处理等方法制备薄膜。

这种方法具有操作简单、成本较低的优势，能够制备大面积的透明导电薄膜。

2. 溅射法溅射法是一种物理气相沉积技术，可通过在真空环境下将固态导电材料溅射于基底上制备薄膜。

该方法具有高控制性和高纯度的优点，能够制备出优异的透明导电薄膜。

然而，溅射法制备薄膜过程中的高温或离子轰击可能对基底材料造成损伤，需要进一步改进。

3. 热原子层沉积法热原子层沉积法是采用化学反应来制备透明导电薄膜的一种方法。

该方法利用原子层沉积技术，通过将导电材料的前体物质分子在基底上进行表面反应沉积，形成均匀的薄膜。

这种方法具有较高的晶格质量和较好的导电性能，并且对基底的伤害较小。

二、透明导电薄膜的性能研究1. 透明性能透明导电薄膜的透明性能是其重要的性能指标之一。

透明性能主要取决于薄膜的可见光透过率和红外透过率。

高透过率可以提高光伏器件的光电转换效率，因此，提高透明性能是制备高效透明导电薄膜的关键。

2. 导电性能透明导电薄膜的导电性能与其电阻率直接相关。

低电阻率意味着更好的导电性能。

导电性能的好坏取决于导电薄膜的化学成分、晶体结构以及杂质含量等因素。

提高导电性能可以使透明导电薄膜在电子器件等领域具有更广泛的应用。

3. 机械性能透明导电薄膜的机械性能直接影响其在实际应用中的稳定性和可靠性。

优异的机械性能可以提供薄膜的耐磨、耐划伤和抗拉伸等特性。

因此，针对透明导电薄膜的机械性能进行研究，对于材料的实际应用具有重要意义。

氧化锌薄膜的制备与特性研究

氧化锌薄膜的制备与特性研究氧化锌是一种常用半导体材料，具有优良的光电性能和电学性能，在光电、电子学、光伏、生物传感等领域均应用广泛。

而氧化锌薄膜的制备技术则是其应用的核心。

本文将就氧化锌薄膜的制备方法、特性分析等方面做一综述。

一、氧化锌薄膜的制备方法1. 溅射法溅射法是制备氧化锌薄膜的常用方法之一。

该方法通过在氧化锌靶材上加高电压（例如几百伏），使靶材表面出现阴极溅射，并在基板表面生成薄膜。

早期研究发现，溅射法制备的氧化锌薄膜具有良好的晶体结构和膜质量，且具有优异的晶体品质和相对较高的导电性。

2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是制备氧化锌薄膜的另一种常用方法。

该方法是通过在高温高压下，将氧化锌原料与气相反应，将其沉积在基板表面上。

该方法具有良好的控制性，可以制备出不同形态和结构的氧化锌薄膜，并且可以通过控制反应条件调节薄膜晶体结构和电学性能等性质。

二、氧化锌薄膜的特性分析1. 结构特性氧化锌薄膜的结构特性是制备成功的关键因素之一。

研究发现，氧化锌薄膜制备成功后，其结构特征主要包括晶体结构和取向性。

晶体结构是指氧化锌薄膜的晶体类型，而取向性则是指氧化锌薄膜中晶体重组排列的方向性。

晶体结构和取向性的研究对于氧化锌薄膜的性能分析和材料应用有很大的帮助。

2. 光学特性氧化锌薄膜具有优良的光学特性，例如高透射率、较低的反射率、良好的光吸收性等。

这些特性使得氧化锌薄膜在太阳能电池、发光二极管、光伏电池等领域有着广泛的应用前景。

3. 电学特性氧化锌薄膜的电学特性是研究氧化锌薄膜电学性能的重要内容之一。

主要包括薄膜的导电性、电子迁移率、载流子浓度等性质。

研究表明，电学特性与氧化锌薄膜晶体结构、表面状态和制备条件等有关。

三、氧化锌薄膜的应用氧化锌薄膜在现代电子学、光电子学等领域应用广泛。

主要包括太阳能电池、发光二极管、光伏电池、传感器等。

1. 太阳能电池氧化锌薄膜的高透射率和良好的光吸收性质，使其在太阳能电池中得到广泛应用。

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基金项目:山东理工大学功能材料创新团队支持计划项目(2006)掺锆氧化锌透明导电薄膜的制备及特性研究刘汉法,张化福,类成新,袁长坤(山东理工大学物理与光电信息技术学院,山东淄博255049)摘要:利用射频磁控溅射法在室温水冷玻璃衬底上成功地制备出了掺锆氧化锌(ZnO ∶Zr )透明导电薄膜。

研究了溅射功率对ZnO ∶Zr 薄膜结构、形貌和光电性能的影响。

研究结果表明,溅射功率对ZnO ∶Zr 薄膜的结构和电阻率有显著影响。

X 射线衍射(XRD )表明,ZnO ∶Zr 薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有C 轴择优取向。

在溅射功率为150W 时,实验获得的ZnO ∶Zr 薄膜电阻率具有最小值318×1023Ω・cm 。

实验制备的ZnO ∶Zr 薄膜具有良好的附着性能,可见光区平均透过率超过92%。

ZnO ∶Zr 薄膜可以用作薄膜太阳能电池和液晶显示器的透明电极。

关键词:掺锆氧化锌;透明导电薄膜;磁控溅射;溅射功率中图分类号:O48411;T N30412 文献标识码:A 文章编号:10032353X (2008)1120991204Deposition and Properties of Transparent ConductingZirconium 2Doped Zinc Oxide FilmsLiu Hanfa ,Zhang Huafu ,Lei Chengxin ,Y uan Changkun(School o f Physics and Optic 2Electronic Information ,Univer sity o f Technology o f Shandong ,Zibo 255049,China )Abstract :Transparent conducting zirconium 2doped zinc oxide films with high transparency and relatively low resistivity were success fully prepared by radio frequency magnetron sputtering at room tem perature.The effect of sputtering power on the structures ,m orphologies and optic 2electronic properties of ZnO ∶Zr films was investigated.The experimental results show that sputtering power is an im portant factor to the crystal structure and optic 2electronic properties of ZnO ∶Zr films.XRD studies reveal that all the films are polycrystalline with a hexag onal structure and a preferred orientation along the C 2axis.The lowest resistivity achieved is 318×10-3Ω・cm at a sputtering power of 150W.All the films present a high transmittance of above 92%in the visible range.ZnO ∶Zr films with high transparency and relatively low resistivity deposited at room tem perature will be used as transparent electrode in thin film s olar cells and liquid crystal display.K ey w ords :zirconium 2doped zinc oxide ;transparent conducting films ;magnetron sputtering ;sputtering powerEEACC :4200;25000　引言透明导电氧化物(TC O )在液晶显示器(LC D )、有机电致发光二极管(O LE D )、太阳能电池等微电子领域有着广泛的应用[123]。

锡掺杂的氧化铟(IT O )薄膜具有透过率高、电阻率低和功函数大等优点,是目前应用最为广泛的透明导电氧化物。

当应用到某些方面,如透明加热器和化学传感器时,要求透明导电薄膜可以在反复高温下稳定工作。

但是,当温度大于700K 时,IT O 薄膜会出现性能退化[4],而ZnO 2ZrO 2复合薄膜经过反复高温(>1000K )测试后性能稳定,未出现明显退化现象[5],因此,有望成为IT O 薄膜在高温领域的理想替代产品。

并且,与IT O 相比,ZnO ∶Zr 薄膜还具有无毒、价格便宜、资源丰富等优点。

目前,国内外关于ZnO ∶Zr 透明导电薄膜的研究报道很少,H 1K im 等人[6]用脉冲激光沉积法制备的ZnO ∶Zr 透明导电薄膜可见光区平均透过率只有88%;G 1K 1Paul 等人[7]用溶胶2凝胶法制备的ZnO ∶Zr 薄膜最低电阻率为712×1022Ω・cm ;M 1S 1Lv 等人[8]采用溅射法制备出了较好的ZnO ∶Zr 透明导电薄膜,其最小电阻率为2107×10-3Ω・cm ,可见光区平均透过率接近90%。

本文采用射频磁控溅射工艺技术与材料 Process T echnique and Materials 法在水冷玻璃衬底上制备出了具有良好附着性能的ZnO∶Zr透明导电薄膜。

分析讨论了溅射功率对ZnO∶Zr薄膜结构、形貌、光学、电学性能的影响。

实验所获得ZnO∶Zr薄膜的最小电阻率为318×10-3Ω・cm,所有薄膜样品的可见光平均透过率都超过92%。

1　实验用J G P500C2型高真空多靶位磁控溅射系统在室温水冷玻璃衬底上制备ZnO∶Zr薄膜样品,所用的射频频率为13156MH z。

系统的本底真空度为916×1025Pa,溅射压强为115Pa,溅射时间40min。

所用ZnO∶Zr靶材从中美合资合肥科晶材料技术有限公司购买,由纯度均为99199%的ZnO和ZrO2高温烧结而成,其中ZrO2的重量比为5%。

靶材直径为75mm,厚度3mm,靶与衬底之间的距离40～80mm连续可调。

溅射所采用的气体是991999%的高纯Ar气,溅射镀膜时Ar流量为20cm3/min,溅射功率介于125～300W之间。

衬底为7059玻璃,在放入溅射室之前,依次经无水乙醇擦拭,60℃丙酮溶液超声清洗10min,无水乙醇浸泡20min,去离子水反复冲洗后烘干。

利用FEI Sirion200型热场发射扫描电子显微镜(SE M)和D8ADVANCE型X射线衍射仪(CuKα1靶,射线源波长为0115406nm)研究ZnO∶Zr薄膜的结构和形貌。

用T U21901型双光束紫外可见分光光度计测量样品的光学透过率,用S DY24型四探针测试仪室温下测量薄膜的方块电阻R,用SG C210型薄膜测厚仪(测量精度<1nm)测量薄膜的厚度l,薄膜的电阻率由公式ρ=Rl计算得到。

2　实验结果与讨论211　ZnO∶Zr薄膜的结构和形貌图1给出了在室温水冷玻璃衬底上制备的ZnO ∶Zr透明导电薄膜的X射线衍射谱。

由图可见, ZnO∶Zr薄膜的特征谱线与ZnO薄膜六角纤锌矿结构的特征谱线相吻合,说明Zr4+离子的掺杂并没有改变ZnO薄膜的结构,实验制备的ZnO∶Zr具有六角纤锌矿结构。

由于Zr4+离子半径(01059nm)小于Zn2+离子半径(0106nm),并且ZnO∶Zr薄膜的X射线衍射谱中没有观察到ZrO2的衍射峰,这表明Zr4+离子很可能是以替位原子的形式存在于ZnO∶Zr薄膜中的。

(a)125W(b)175W图1　ZnO∶Z r薄膜的XRD图谱Fig.1　XRD spectrum of the ZnO∶Z r films 功率为125W和175W的两个ZnO∶Zr薄膜都只存在一个极强的(002)晶面衍射峰,说明薄膜具有很好的C轴择优取向;对应的2θ角、半高宽分别为341029°、0162°和341152°、0153°,半高宽度比较小,表明实验制备的ZnO∶Zr薄膜具有良好的结晶性能;功率为175W时制备的ZnO∶Zr薄膜的(002)晶面衍射峰强度是125W时的5倍,表明溅射功率增加时,薄膜的晶化程度得以提高。

ZnO∶Zr薄膜的晶粒尺寸可以根据Seherrer公式D=0189λ/(B cosθ)求得,其中D为晶粒尺寸,λ为X射线波长,B为衍射峰的半高宽,θ为衍射峰所对应的衍射角。

本实验所制备ZnO∶Zr薄膜的晶粒尺寸为15～21nm,晶粒尺寸较小。

图2给出了不同功率下ZnO∶Zr薄膜的SE M照片。

可见,在功率为125W时,薄膜的晶粒尺寸较小,致密性不高;当功率增大到150W时,薄膜的晶粒尺寸有所增大,致密程度大大提高;当超过150W后,晶粒继续增大,但致密程度降低。

刘汉法　等:掺锆氧化锌透明导电薄膜的制备及特性研究(b )150W(a )125W (d )200W(c )175W 图2　不同功率下ZnO ∶Z r 薄膜的SE M 照片Fig 12　SE M images of ZnO ∶Z r films at different powers当溅射功率增加时,大的溅射功率会提高Ar气的电离度,从而增大溅射速率,即在溅射时间相同的条件下,高功率下溅射出的粒子数目更多,粒子之间直接碰撞成核或团簇的概率增大。

另外,功率增大使氩离子能量增加,溅射粒子能量随之增大,高的能量使其在衬底上会有较大的瞬间扩散速率,使粒子相互结合成尺寸较大的晶粒,且使膜的致密性有所提高,晶体结构得到进一步优化[9]。

但当功率超过150W 后,过高功率使溅射粒子能量较高,而高能量粒子会使薄膜表面受损,影响成膜质量,膜致密性降低。

本实验所得最佳功率条件为150W 。

212　ZnO ∶Zr 薄膜的生长速率由图3知,薄膜的生长速率随功率的增大几乎按线性关系从319nm/min 增大到1216nm/min [10]。

图3　Z nO ∶Z r 薄膜的生长速率(v )随溅射功率(P S )的变化Fig 13　G rowth rate of ZnO ∶Z r films at different sputteringpowers213　ZnO ∶Zr 薄膜的电学特性图4给出了在其他条件不变时ZnO ∶Zr 薄膜的电阻率随溅射功率的变化关系。