ZnO_Al透明导电薄膜的制备及其特性分析
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。
透明导电ZnO薄膜的电化学制备及性能研究
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｔ — ｃ ｍＴ ｅ ｎ ｔ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ，ｎ ａ ｎ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｚｎ Ｏ ｗａ ｓ ｄ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｄ ｏ ｎ
摘要 ： 以修饰的 Ｉ Ｔ Ｏ玻璃为衬底， 以不同浓度 Ｚ ｎ （ Ｎ Ｏ ） ， ． ６ Ｈ ， ０作为电解质溶液， 采用阴极恒流沉积法制备
了不同纳米结构的 Ｚ ｎ Ｏ薄膜 。用 ｘ射线衍射 （ Ｘ Ｒ Ｄ） 、 场 发射 扫描 电镜 （ Ｆ Ｅ — Ｓ Ｅ Ｍ） 、 四探针仪 （ Ｒ Ｔ Ｓ 一 ８ ） 、 紫外一 可 见（ ｕ Ｖ — Ｖ ｉ ｓ ） 光谱 仪 、 循环伏安等分别表征薄膜的晶相 、 形貌和厚度 、 方块 电阻 、 紫外一 可见光透过率和氧化还原
电 位 。结 果表 明 ： 低浓度溶液沉积得到的 Ｃ 轴取向 １ Ｄ Ｚ ｎ Ｏ纳 米 柱 和 高 浓 度 溶 液 沉 积 得 到 的致 密 ２ Ｄ六 方 Ｚ ｎ Ｏ
纳米片在可见光范围（ ４ ０ ０～ ９ ０ ０ ｎ ｍ） 的透过率均可高达 ８ ５ ％ 以上 ， 方 块电阻约 为 １ ４ ． ５ １ ２ ／ 口 。两种结 构的氧 化还 原电位有 显著 区别 ， 纳米柱的为 一 ０ ． ５ ４ Ｖ（ Ｓ Ｃ Ｅ） ， 而 纳米片 的为 一０ ． ７ ２ Ｖ（ Ｖ Ｓ ． Ｓ Ｃ Ｅ） ， 说 明纳米 片状 的 Ｚ ｎ Ｏ薄膜具有更为 良好 的化学稳定性 。 关 键 词： Ｚ ｎ Ｏ薄膜 ； 恒 电流 ； 修饰 ； 透明 电檄
溶胶一凝胶法制备ZnO：Al导电薄膜的研究
轴择 优 取 向 的 Ｚ Ｏ： ｎ Ａ１透 明导 电薄 膜 。利 用扫 描 电镜
（Ｅ 、Ｘ 射线衍射Ｏ （ Ｒ 等 分析 手段对 薄膜 进行 了 Ｓ Ｍ） －Ｘ Ｄ）
表征 。通 过标准四探针 法及 紫外 分光 光度 计（ ｖ ） ｕ ｓ透射 光谱研 究 了Ｚ Ｏ：Ｉ ｎ Ａ 薄膜 的 电学与光学性 能。 实验发现 ： 当 Ａ 离子掺 杂浓度为 ２ 原 子分数） １ ％（ ，前处 理温度 为
可 见分光 光度计 分析透 射性 ， 用标准 四探针 法测量 薄膜 的方块 电阻，并计算其 表面 电阻率。
的组成 与当 易控 制 良好 ，设备 成本较低 廉 ，纯度 高等优 点 。溶 胶． 凝胶 法是 将烷 氧金 属或 金属盐 等前 驱物 加水 分解 后缩聚 成溶胶 ， 然后加 热或将溶 剂除 去使溶胶 转化 为 网状 结构 的氧化物 凝胶 的过程 Ｉ ３ 。其 工艺过 程为 ： ＾
维普资讯
助
能
时
钟
２０ 年增刊 （８ 卷 ０７ ３）
溶胶 一 凝胶 法 制备 Ｚ Ｏ：１ 电薄膜 的研 究 ｎ Ａ 导
孙福 来，谭红琳
（ 昆明理工大学 材 料与 冶金学 院，云南 昆明 ６ ０ ９ ） ５ ０ ３
摘
要 ： 采用 溶胶 ． 凝胶 工 艺在 普通载玻 片上制备 出 ｃ
将普 通的载 玻片用洗 涤剂洗净 ， 依次在３ ｌ 的 并 ｍｏ／ Ｌ
３ ７ Ｖ，激子束 缚能为６ ｍｅ ．ｅ ３ ０ Ｖ。其在 光 电导 、压 电 、光
波导 、发光器件 、激光 器、透 明导 电薄膜 、气 敏传感 等 领 域有广 泛的应用 。要使 半导体材料 保持透光 性 ，就要 求 禁 带 宽度大 于可 见 光频 率 ；要保 持 半 导体材 料 导 电
ZnO薄膜的制备与性能研究
ZnO薄膜的制备与性能研究ZnO是众所周知的一种半导体材料，近年来，它的应用领域不断扩大，包括光电技术、传感器技术、气敏技术、生物技术等领域。
其具有较高的透明度、电阻率、热稳定性和高电子迁移率等优异特性，使得其在各个领域中拥有巨大市场前景。
在这些应用中，ZnO薄膜则是ZnO材料的重要组件之一。
本文主要探讨ZnO 薄膜的制备及其性能研究。
一、ZnO薄膜制备方法1.溶胶-凝胶法ZnO薄膜制备的一种常见方法为溶胶-凝胶法。
该方法主要涉及将预先制备好的ZnO溶胶放置于合适的基底上，然后通过热退火的方式完成ZnO薄膜的制备。
使用该方法，可以获得良好的薄膜质量和较大的薄膜面积，同时可以随意控制薄膜厚度。
2.物理气相沉积法物理气相沉积法是ZnO薄膜制备中最常用的方法之一。
其主要通过采用物理气相沉积设备将高温气体通入反应室，然后将蒸汽通过传输管道沉积在基底上完成ZnO薄膜的制备。
该方法具有制备ZnO晶体中空气杂质较少、晶粒精细等显著的优点。
3.MBE法MBE法是利用分子束外延设备在超高真空环境下生长晶体的方法。
该方法制备的ZnO薄膜具有非常高的晶体质量。
然而，需要难以实现的极限条件，如超高真空环境和较高的晶体表面温度。
二、ZnO薄膜性能研究1.光电性能ZnO薄膜是光学和电学交叉的半导体薄膜。
关于ZnO薄膜的光学性能，已有许多研究。
例如，有研究人员证实了ZnO条纹薄膜在光学上具有比等宽薄膜更高的透射比，这是由于条纹薄膜的形态依赖性的折射率引起的。
此外，ZnO薄膜具有优越的光电转换性能，可用于太阳能电池、传感器等领域。
2.气敏性能ZnO薄膜的气敏性能是其另一个重要的应用领域，具有广泛的市场前景。
研究表明，ZnO薄膜的气敏性能受到薄膜厚度、沉积温度和掺杂类型等多个因素的影响。
例如，掺杂ZnO薄膜的气敏性能不仅可以提高灵敏度，还可以增加电阻率等方面的特性。
3.化学性质关于ZnO薄膜的化学性质，研究人员通常需要从其表面性质、表面反应等多个方面进行分析。
透明导电薄膜的制备及应用研究
透明导电薄膜的制备及应用研究随着电子信息技术的不断发展，透明导电薄膜作为电子元件中的重要材料，正在受到越来越多的关注和研究。
透明导电薄膜是一种特殊的材料，具有透光性和导电性，并且十分薄而均匀。
它的主要成分是针对不同应用的不同材料，如氧化铟锡（ITO）、氧化铟锡锌（ITO/IZO）等。
透明导电薄膜拥有广泛的应用领域，例如：液晶显示器、有机太阳电池、触摸屏、柔性显示器、LED照明等。
那么，如何制备透明导电薄膜，以及它的应用研究进展如何呢？一、透明导电薄膜的制备（一）氧化铟锡（ITO）氧化铟锡（ITO）是最早研究成功的透明导电膜材料之一，广泛应用于平面液晶显示器和触摸屏等领域。
常用的ITO制备方法有磁控溅射法、电子束蒸发法、直流磁阻式溅射法、激光溅射法、化学气相沉积法等。
其中，磁控溅射法是最常用的制备方法，产量高，膜质量好。
（二）氧化铟锡锌（ITO/IZO）氧化铟锡锌（ITO/IZO）作为新型的透明导电材料，其导电性能、透光性能和机械性能都优于传统的ITO材料。
常用的ITO/IZO制备方法有磁控溅射法、电子束蒸发法、直流磁阻式溅射法、激光溅射法、化学气相沉积法等。
其中，磁控溅射法仍然是最主要的制备方法。
（三）金属网格薄膜金属网格薄膜是一种新型的透明导电薄膜。
它使用了一种叫做纳米光学的技术，以及金属纳米颗粒的微观结构，制备出高性能的透明导电薄膜。
常用的制备方法有滚压印刷法、离子注入法、模刻蚀法等。
二、透明导电薄膜的应用研究进展（一）液晶显示器液晶显示器是透明导电薄膜的主要应用领域之一，透明导电薄膜为液晶显示器提供了能够传输电信号的材料基础。
随着显示器技术的不断发展，透明导电薄膜材料的要求也越来越高，能够满足透明度、电学性能、机械性能等方面的要求。
未来液晶显示器的发展，也将更加关注透明导电薄膜的材料改进和性能提升。
（二）LED照明LED照明是透明导电薄膜的另一大应用领域。
透明导电薄膜可以作为透镜、反射层、散热器等，为LED照明提供基础材料和构造。
ZnO：Al薄膜的结构、电学性质和光学性质
５２０ ｎｍ附近绿光发射的研究，发现其可能起源于氧空位（呦施主与锌填隙（Ｚｎｆ）
施主同锌空位（圪。）受主之间的复合跃迁发射。
关键词：ＺｎＯ：ＡＩ薄膜；金属导电性；负磁电阻；光学带隙；绿光发射
天津大学硕士学位论文
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
ＺｎＯ ｉｓ ａ ｄｉｒｅｃｔ ｗｉｄｅ ｂａｎｄ－ｇａｐ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ．ｉｎ ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ，ＺｎＯ：ＡＩ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｗｅｒｅ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｏｎ ｇｌａｓｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｂｙ ＲＦ ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ．Ｔｈｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ０２ ｆｌｏｗ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ，ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｗｅｒｅ
所制备的样品均表现出很好的透光性，透射率平均在８０％以上。所有样品 的光学带隙均大于未掺杂样品的光学带隙，同时发现导电能力越强的样品（基底 温度为５５０℃的样品和０２流量为０．１ ｓｅｅｍ的样品）其光学带隙越宽，这可以用 Ｂｕｒｓｔｅｉｎ．Ｍｏｓｓ效应来解释。并且，通过对０２流量不同的样品光致发光谱中
ZnO_Al薄膜制备及光电性能研究
ZnO ∶Al 薄膜制备及光电性能研究3郅 晓,朱 涛,任 洋,李 颖,赵高扬(西安理工大学材料科学与工程学院,陕西西安710048)摘 要: 利用溶胶2凝胶法在玻璃基板上制备了Al/Zn 原子掺杂比例为0～0.25的掺铝氧化锌(ZnO ∶Al 或AZO )薄膜,随后分别将其在空气,氧气和氮气3种不同气氛中退火处理,研究了薄膜的光学、电学与结构方面的性质。
X 射线衍射分析表明A ZO 薄膜是具有c 轴择优取向的六方纤锌矿结构多晶体;通过紫外2可见光分光计测定表明该薄膜在可见光范围内具有>80%的高透过率,随着铝掺杂比例的增大光学能隙增大且吸收边向短波方向移动。
关键词: 掺铝氧化锌;溶胶2凝胶;电阻率;光学带隙中图分类号: TB43;O472文献标识码:A 文章编号:100129731(2009)07210712031 引 言近年来随着电子工业特别是平面显示器的全球性发展,ITO 薄膜得到了广泛应用[1～3],但随着铟资源的日益短缺和环保方面的要求,从20世纪80年代开始被广泛研究的ZnO 薄膜成为了ITO 的首选替代材料[2,3]。
本文利用醋酸锌和正丁醇铝配制溶胶,通过浸渍提拉法制备ZnO ∶Al (即A ZO )薄膜。
研究了不同铝锌比例和退火条件的A ZO 薄膜的光学、电学性能和结构性质。
2 实 验实验采用(C H 3COO )2Zn ・2H 2O 和Al (OCH (C H 3)C H 2C H 3)3为前驱物,将醋酸锌溶于乙醇胺、乙二醇甲醚的混合溶液,在70℃条件下水浴回流10h 待用,再在干燥环境下将正丁醇铝溶于异丙醇、乙酰丙酮的混合溶液并常温搅拌均匀,混合两部分溶液并在50℃水浴中回流5h 得到淡黄色透明溶胶。
混合时按照计算值分别配制Al 、Zn 摩尔比值(Al/Zn )为0～0.25的A ZO 溶胶(M 2+Zn =0.75mol/L ),陈化后待用。
将玻璃基板浸入备好的溶胶中以4cm/min 的速度向上提拉,每次浸镀后在100℃干燥10min 、450℃预处理10min ,通过重复上述过程10次得到厚度大约为500nm 的AZO 薄膜。
磁控溅射低温制备ZnO：Al透明导电薄膜的正交设计
度计 、 半导体 霍 尔效应 测 试 等 手 段 对 薄膜 各 项性 能进 行 了表征 。通 过 正 交分析 法对 所得 样 品 相 关特 征 指标 进行 分析 ， 少量 的 ９组 实验 下 ， 在 得到 溅 射 功 率 、 间 、 时
靶 基距 和氧 流量 百分 比 ４个独 立 工 艺参 数 对 薄膜 特性
（． １ 北京航 空航 天 大学 理 学 院 ，北 京 １ ０ ８ ；． 国工 程 物理研 究 院 化工 材 料研 究 所 ， Ｉ 绵 阳 ６ １ ０ ； ０ ０ ３２ 中 四川 ２ ９ ０ ３ 北 京航 空 航 天大 学 航 空科 学 与技术 学院 ， ． 北京 １ Ｏ ８ ） Ｏ Ｏ ３
摘 要 ： 采 用锌 铝 （ （ ２ 质量 分数 ） 合 金 靶 ， 持 真 ） 保
空腔在 ５ ℃低 温 下 ， 合 正 交试 验 表 ， 用 直 流 反 应 Ｏ 结 运 磁控 溅 射法 制 得 Ｚ Ｏ ：Ａｌ Ｚ ｎ （ ＡＯ） 薄膜 。通 以溅 射功 率 、 时间 、 靶基 距 和氧 流 量百 分 比 ４个工 艺参 数 为基础 设 计 了 一 组 ４因 素 ３水 平 的 正 交 实 验 Ｌ （ ， 用 直 流 反 应 磁 控 溅 射 法 ， 过 加 热 溅 射 气 ９３）采 通 氛 ， 持 真 空 腔 内 在 ５ ℃ 低 温 下 制 备 出对 应 的 Ｚ 保 ０ ＡＯ 薄膜 。在分 析得 出了各 独立 工 艺 因素 对 薄膜 光 电综 合 性 能影 响 的同 时 ， 出了低 温 下制 备 Ｚ 找 ＡＯ 薄膜 的最 佳
低 温下 获取 综 合 性 能 优 良 的 Ｚ ＡＯ 薄 膜 的制 备 工 艺 。
目前 ， 低温 下 有 效 沉 积 Ｚ 在 ＡＯ 薄 膜 的 工 作 和 报 道 较 少， 且距 实 际应用 有很 大 的距 离 。
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 ｌ ｎ以达 到吸附平衡 。然后打开流量控 制阀 ，保持 液 ｍｉ
面 以 ｌ ｍ／ 的 速 度 下 降 ，待 载 玻 片 离 开 液 面 ，取 下 放 置 在 ｍ ｓ
１ 实 验
１ １试 验 药 品 ．
市售二水合 乙酸 锌 ［ ｎ（ Ｈ。 Ｏ ｚ・２ Ｏ，Ａｎ ， ｚ Ｃ Ｃ Ｏ） Ｈ ３
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 。
Ａ Ｏ薄膜 的方法主要有磁控溅 射法［ 、化学气相 沉积法ｌ 、 Ｚ ５ ］ ＿ 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 】 。
２ １２ ．９ ８ ２部 队 ，海南 海口 ５０ ２ ） ７ １ ５
海 口 ５０２ ； ７２ ８
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
（ｎ Ｚ Ｏ：Ａ１ ，ＡＺ Ｏ）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 ＡＺ Ｏ薄膜结构及 光电性能有较 大
２１ ０ ２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 Ｚ Ｏ： 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
透明导电ZnO -Al ( ZAO)纳米薄膜的性能分析
3 ZAO 薄膜的电学性能分析
电学性能分析主要有载流子浓度 n 、 霍尔迁移 率 μr 及电阻率 ρ,采用范德堡法测量薄膜载流子浓 度和霍尔迁移率 。 透明导电氧化物薄膜大多为 n 型半导体 , 薄膜 中载流子主要来源于氧缺位和替位掺杂 , 而薄膜中 各种散射机制决定了载流子的迁移率 ,因此 ,尽量减 少薄膜中散射中心的影响 , 从而有效提高薄膜中载 流子的迁移率 。ZAO 是透明导电氧化物半导体薄 膜 ,Al3 + 对 Zn2 + 的替代掺杂提供了一个电子 , 这是 载流子的主要来源 , 因而载流子浓度与 Al3 + 的含量 有关 。图 4 为 ZAO 薄膜电学性能与 Al 含量的关系 图 ,在一定薄膜厚度条件下 , 载流子浓度随 Al3 + 含 量的增加而增大 , 但随着 Al3 + 含量的增加 ,Al3 + 在 结晶成膜过程中形成的杂质散射中心随之增加 , 其 离化杂质散射居主导地位 , 同时结晶过程中晶体发
11
但不会完全消失 。从图 3 中对比看出 , 随着退火温 度的升高 ,衍射峰值的半高宽逐渐变窄 。其晶格常 数 c 可由式 ( 1) 估算 :
1
d ( hkl)
2
=
4 3
h + hk + k 2 a
2
2
+
l 2 c
( 1)
生晶格畸变 ,晶界散射也起一定的作用 ,这都会造成 迁移率有所下降 。因此 , ZAO 薄膜的电阻率的变化 不会无限地下降 ,作者制备得到 ZAO 薄膜的电阻率 最低为 415 × 10 - 4 Ω・ cm 。
式 ( 1) 中 d 是晶面间距 , 由 XRD 测试得到 。 把 ( hkl ) 用 ( 002) 代入得 : c = 2 d (002)
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
ＳＥＭ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ＺｎＯ：Ｔｉ ｆｉｌｍｓ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｉｓｔａｎｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔａｒｇｅｔ ａｎｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ
角纤锌矿结构。由于Ｔｉ４＋离子半径（Ｏ．０６０ ５ ｎｍ）
小于ｚｎ２＋离子半径（０．０７４ ｎｍ），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。
２５ ｊ
邑 ２０ 宜 １５ 昌 １０
葛
５
２口，（。） （ａ）靶衬间距为７．５ ｃｍ
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４．６ ｃｍ时，实验获得的ＺｎＯ：Ｔｉ薄 膜电阻率具有最小值４．１８×１０＿４ Ｑ·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。
ZnO：Al透明导电薄膜的制备与性能研究
鲁东大学学报 （ 自然 科 学 版 ） Ｌ ｄｎ ｎ ｅ ｉ ｏｒａ（ ａ ｒｌ ｃｅｃ ｄ ｉ ） ａ ｏ ｇＵ ｉ ｒ ｔ Ｊ ｎ ｌＮ ｔ ａ Ｓ ｉ ｅＥ ｉｏ ｌ ｖ ｓｙ ｕ ｕ ｎ ｔｎ ２０ ，２ ３ ：９ — ２ ０ ０ ６ ２ （ ） ｌ７ ｏ
的重视【 Ｊ本 文以 Ｚ （ Ｈ ｃ ｏ）・Ｈ ０为 主要 原 卜加 ． ｎ Ｃ ３ ｏ ２２ ２
异丙醇溶液 ， 按二 乙醇胺与 Ｚ ２ ： ｎ ３ ２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 ）・Ｈ ０乙醇 溶 液作 为 ｉＮ ３３９ ２ 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 １ ｉ， 却 到 室温 后 继 续 涂 下 一 ０ ｍｎ 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 ｝ ），． ｏ Ｌ盐 酸溶 （ ６０ ｍ ｌ １ ／ 液 ， ｏ Ｌ的 Ｎ Ｏ ６ｍ ｌ ／ ａ Ｈ溶 液 、 离子 水 、 水 乙 醇超 去 无 声 浸泡 １ ｍｎ 然后放入 电热鼓风 干燥箱 中烘 干备 ５ ｉ，
Ｚ Ｏ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
Ｚ Ｏ透 明导电膜 （ ：ｎ 简称 Ｚ ０） ｎ Ｚ Ｏ， 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。
绒面ZnO：Al（ZAO）透明导电薄膜的制备
绒面ZnO：Al（ZAO）透明导电薄膜的制备
绒面ZnO:Al(ZAO)透明导电薄膜的制备
利用中频交流磁控溅射方法,采用氧化锌铝(98wt%ZnO+2wt%Al2O3)陶瓷靶材制备了绒面ZAO(ZnO:Al)薄膜,考察了所制备的绒面ZAO薄膜与绒面SnO2:F薄膜在绒度、粗糙度、表面形貌以及电学性质的差异,利用原子力显微镜对薄膜表面形貌进行了分析并计算出薄膜表面粗糙度,利用紫外可见分光光度计和电阻测试仪测量了薄膜的光学、电学特性.结果表明:所制备的绒面ZAO薄膜具有与绒面SnO2:F薄膜相比拟的各种性能,在非晶硅太阳电池中具有潜在的应用前景.
作者：付恩刚方玲庄大明张弓作者单位：清华大学机械工程系,北京,100084 刊名：太阳能学报ISTIC EI PKU英文刊名：ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICA 年，卷(期)：2003 24(5) 分类号：O484 关键词：磁控溅射绒面 ZAO薄膜 SnO2:F薄膜。
电子束蒸发制备ZnO_Al透明导电膜及其性能研究_王子健
第35卷第6期 人 工 晶 体 学 报V o.l 35 N o .62006年12月J OURNA L OF SYNTHET IC CRY S TAL S D ece mber ,2006电子束蒸发制备Zn O B A l 透明导电膜及其性能研究王子健,王海燕,郜小勇,吴 芳,李红菊,杨 根,刘绪伟,卢景霄(郑州大学物理工程学院,材料物理教育部重点实验室,郑州450052)摘要:在本实验中我们利用电子束蒸发方法在玻璃衬底上制备了ZnO:A l 透明导电膜,并对所得样品在400e 下进行了退火处理。
利用扫描电子显微镜观察了样品的表面形貌,利用分光光度计分析了样品的光学性质,结果表明所得样品在可见光范围具有较好的透光性。
利用四探针对其进行了电学性质的测量,表明衬底温度为200e 时制备的样品电阻率可达6@10-38#c m 。
关键词:电子束蒸发;ZnO B A l 薄膜;衬底温度中图分类号:O 484文献标识码:A文章编号:1000-985X (2006)06-1355-04R esearch i n E lectrical and Optical Properties of Zn O :A lFil m s Prepared by E lectron Bea m E vaporationWANG Z i -jian,WANG H ai -yan,GAO X iao-yong,W U F ang,LI H ong-ju,YANG G en,LIU X u-w ei ,LU J ing-x iao(Key Laboratory ofM aterial Physics ofM i n istry of Educati on,I n stitute of Phys i cs and E ngi neeri ng ,Zhengz hou Un ivers i ty ,Zh engzhou 450052,Ch i na)(R ecei v e d 28February 2006,acce p t ed 19Ju l y 2006)Abst ract :I n th is paper ZnO :A l fil m s w ere prepared on g lass by e lectron bea m evaporati o n .And thesa mp les w ere annealed at 400e .The properties o f the fil m s w ere i n vestigated by X-ray d iffraction spectro m eter and scanning e lectron m icroscopy.The results sho w that the fil m s have high trans m ittance i n the v isi b le area.The resistiv ity o f the fil m s prepared at 200eis 6@10-38#c m.K ey w ords :electron bea m evaporation ;ZnO:A l fil m s ;substrate te mperature收稿日期:2006-02-28;修订日期:2006-07-19 作者简介:王子健(1982-),男,河南省人,硕士。
透明导电膜材料
1
目录
一、膜材料的简介 二、ZnO：Al(TCO)薄膜的基本性质 三、TCO的实验制备方法 四、TCO的检测
2
一、薄膜材料简介
薄膜材料： 薄膜材料： 应用领域：材料科学、能源、信息 、微电子工业等;尤其 应用领域 宽禁带半导体光电功能材料，已成为各国研究的重点。 研究目的：利用新材料制备具有最佳性能的器件 研究目的 提高 生产率，降低成本; 发展方向：透明导电薄膜、具有低电阻、 高透射率等 发展方向 可作为透明导电窗口.
9
三、实验方法
目前生长ZnO薄膜的方法很多，包括脉冲激光沉积(PLD)， 分子束外延(MBE)，金属有机物化学气相沉积(MOCVD)， 射频／直流溅射(RF／DCSputtering)，电子束反应蒸 (Spray Pyrolysis)和溶胶一凝胶法(sol—gel)等。目前用 于太阳电池及其组件的ZnO薄膜制备中，国际上主要是 磁控溅射和MOCVD技术．利用磁控溅射法制备薄膜太阳 电池ZnO薄膜，通常采用AL掺杂得到较低电阻率(～10-4 欧姆.厘米)的镜面结构；为应用于太阳电池前电极，溅射 后的ZnO薄膜须采取湿法刻蚀才能形成绒面结构，以期 获得良好光散射能力
SZ-82 型数效子式四探针测试仪是运用四探针测量原理 的多用途综合测量装置。它可以测量片状、块状半导体 材料径向和轴向电阻率，测量片状半导体构材料的电阻 率和扩散层的薄层电阻(方块电阻)。换—上特制的四探针 测试夹，还可以对金属导体的低、中值电阻进行测量。 仪器由电气箱、测试架等部分组成，测试结果由数字直 接显示。电气箱主要由高灵敏度直流数字电压表和高稳 定恒流源组成。测试架探头采用宝石导向轴套和高耐磨 碳化钨探针。故定位准确、游移率小、寿命长。
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1 引 言
透明导电氧化物 ( TCO )半导体薄膜由于其有着独特的电学和光学特性 ,已经在众多领域得到广泛的应 用 ,其中 ITO 和 AZO 就是两种应用比较广泛的 TCO 膜 。目前 ITO 膜在太阳能电池和平板显示 [ 1, 2 ]中已得到 广泛应用 。但是 ITO 膜有着一些不足之处 ,如铟有毒 , 价格昂贵 ,而且在氢等离子体气氛中容易被还原 ,应 用到太阳能电池中使电池的效率降低等 。而新型的透明导电膜 AZO 有着原料来源丰富 、便宜 ,无毒 ,在氢等 离子体气氛中比 ITO 稳定等优点 [ 3 ] ,因而从 20世纪 70年代末开始 ,人们对 AZO 膜的研究兴趣日益浓厚 ,近 年来 AZO 进一步成为 TCO 膜研究中的热点 。
击下产生裂痕 。此外 ,过高功率溅射出来的高能粒子容易损坏生长出来的薄膜 ,使晶体结构发生畸变而影响
导电率和透射率 [ 13 ] 。因此结合我们实验的情况 ,本实验溅射功率从 50W ～200W ,每隔增加 50W 做一个数
据点 (分别为样品 A、B、C、D ) 。
图 1为样品的 X光衍射谱 ,扫描角度为 30～75°,
( R eceived 18 O ctober 2005)
Abstract:A l2doped ZnO thin film s were deposited on the glass substrate by RF m agnetron sputtering w ith ZnO target m ixed w ith A l2O3 ( 2w t% ). The effects of RF power on the structural, electrical and op tical p roperties of AZO film were investigated. X2ray diffraction spectrum showed that the AZO film w ith the hexagonal crystal structure was polycrystalline and had a strongly p referred orientation of c axis. The visible transm ittance of above 89 % and the m inimum specific resistance of 9. 3 ×10 - 4Ω · cm were ob ta ined. Key words: RF magnetron sputtering; transparent conductive film; AZO film
Research on Prepara tion and Properties of Tran sparen t Conductive ZnO : A l Th in f ilm s
XU Y i2bin1 , DU Guo2tong1, 2 , L IU W ei2feng1 , YAN G T ian2peng2 , WAN G X in2sheng1
第 3期 徐艺滨等 : ZnO: A l透明导电薄膜的制备及其特性分析
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面提高了原子自身在沉积表面的扩散能力 ,另一方面也将引起基片温度的升高 ,从而使溅射出来的原子 、原 子团更容易形成小岛 ,或更进一步产生小岛并联 [16 ] ,晶粒变大 。这样的结果在 XRD 衍射谱中表现为衍射峰 强提高 , FWHM 变窄 。
涉现象和陡峭的截止吸收限 。图中样品 A 的透射率在 320nm 附近还没有趋近零 ,是由于溅射功率低 ,膜太 薄没有对光充分吸收的缘故 。因此下面对光学禁带的讨论只分析样品 B、C、D。对于直接带隙半导体 ,光学 吸收系数 (α)和光子能量 ( hν)和能带间隙 ( Eg )的关系 [ 17 ]为 :
单调递增 ,越来越接近标准 ZnO 的 34. 45°。峰位的
改变是由于沉积粒子能量随功率增大而增大 ,导致成
膜时粒子更容易达到平衡位置 ,从而使形成的晶粒内
部的张应力得到更好地被释放 。而 ( 004)峰的出现 , 一是由于结晶质量变好 ,膜的长程有序性增强 ,二是 因为溅射 速率提 高 , 膜变 厚 , 使 峰强 增大 。半高 宽
第 35卷 第 3期 2006年 6月
人
JOURNAL
工 晶 体 学 OF SYNTHETIC
报 CR YSTAL
S VoJl.un3e5, 20N0o6.
3
ZnO : A l透明导电薄膜的制备及其特性分析
徐艺滨 1 ,杜国同 1, 2 ,刘维峰 1 ,杨天鹏 2 ,王新胜 1
Grain size ( nm) 9. 74 19. 81 24. 07 27. 00
D istance of grain face ( nm ) 0. 2631 0. 2618 0. 2617 0. 2609
3. 2 功率变化对薄膜光学特性的影响 图 2是样品 A、B、C、D 的透射谱 ,每个样品在可见光范围内平均透过率都在 89%以上 ,并且有明显的干
用 SX1934型数字式四探针测试仪测量薄膜的方块电阻 ,用台阶仪测量膜厚 ,透过率光谱用日本岛津 XRD —6000)进行检测 。
3 结果分析和讨论
3. 1 功率变化对薄膜结构特性的影响
由于溅射功率过低 ,不容易产生起辉 ;溅射功率过高 ,使脆性较大的陶瓷靶可能在过高能量的氩离子轰
扫描间隔为 0. 02°。从图中我们只看到了氧化锌的
(002)和 (004峰 ) ,表明所沉积的 AZO 晶粒具有六角
纤锌矿结构呈 C轴择优取向 ,晶粒垂直于衬底方向柱
状生长 [ 14 ] 。样品 ( 002 )峰强随着溅射功率的提高单
调递增 ,而峰位也从 34. 03°、34. 21°、34. 23°到 34. 33°
图 3 吸收能量平方 (αhν) 2 和光子能量 hν的关系曲线 Fig. 3 Square of the absorp tion energy as a function of photon energy for the ZAO film s
图中曲线呈很好的线性关系 ,这与 ZnO 为直接带隙半导体相符合 。由上式可知 ,运用外推法可以得到 样品 B、C、D 的 Eg 分别为 3. 43eV、3. 39eV、3. 29eV。比标准 ZnO 样品的禁带宽度 ( 3. 44eV )要小 。吸收限在 3. 29eV处的样品 D 可归结为室温下的激子 (60meV )吸收 ,这表明了在 200W 下沉积成的膜具有良好的结晶 质量 [ 18, 19 ] ,这和 XRD 分析结果一致 。 3. 3 功率变化对薄膜电学特性的影响
(αhν) 2 = A ( hν 2 Eg ) 这里的 A 是常数 。根据此公式得出 (αhν) 2 和 hν的关系曲线如图 3。
图 2 不同功率条件下的 AZO膜的透射谱 Fig. 2 Op tical transm ittance spectra of the ZAO film at different powers
570
人 工 晶 体 学 报 第 35卷
目前制备 AZO 膜的方法有 :磁控溅射 [ 4, 5 ] 、脉冲激光沉积 [ 6 ] 、溶胶 2凝胶法 [ 7, 8 ] 、真空反应蒸发 [ 9 ] 、化学气 相沉积 [ 10 ] 、喷射热分解 [ 11 ]等 。由于射频磁控溅射方法制备 A ZO 具有较高的沉积速率 、较低的衬底温度和较 好的衬底粘附性 [ 12 ] ,所以目前此方法被使用得最为广泛 。
本实验采用的是射频磁控溅射方法在 7105玻璃上制备 AZO 膜 ,并且系统地摸索了实验各参数对膜结 构和光电特性的影响 。所做的 AZO 膜目的是给 GaN 激光器做出光窗口电极 ,因此不仅需要膜有良好的光 透过率 ,而且还需要有较低的电阻率 。
2 实 验
实验采用自行研制的磁控台 ,有两个 51mm 靶台 ,一个 76mm 靶台 ,一个清洗靶 ; AZO 靶材为日本进口 、 直径 52mm、厚 5mm 的 (98 %质量分数 ZnO 和 2%质量分数 A l2 O3 )陶瓷靶 。电离气体用的时 99. 999%的高 纯氩气 ,并用量程为 200 sccm 的质量流量计精确控制 。本底真空度达到 8 ×1024 Pa,为了更好更系统地研究 功率对膜特性的影响 , 经过前期摸索 , 衬底温度 、沉积气压 、氩气流量和靶基间距分别为 300℃、0. 4Pa、 15 sccm 和 123mm。在沉积前 ,先用氩离子对玻璃衬底表面清洗 3m in,然后再预溅射 2m in,以达到清除靶表 面的杂质和污染物 ,提高膜的纯度的目的 。溅射功率在 50～200W 范围变化 ,每增加 50W 做一个数据点 ,沉 积时间均为 30m in。
( 1. State Key Laboratory for Modification by Laser, Ion, Electron Beam s, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China; 2. State Key Laboratory on Integrated Op toelectronics, College of Electronic Science and Engineering, J ilin University, Changchun 130023, China)
图 1 不同功率条件下的 AZO膜的 X射线衍射谱 Fig. 1 XRD patterns of the ZAO film s deposited at 50W , 100W , 150W and 200W , respectively