【摘 要】
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Al掺杂的ZnO(AZO)薄膜作为一种新兴的半导体光电材料,不仅具有高电导率,可见光范围的高透过率,而且储量丰富,价格低廉。由于其在结构、电学和光学等方面有诸多优点,加上 ZnO薄膜的
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Al掺杂的ZnO(AZO)薄膜作为一种新兴的半导体光电材料,不仅具有高电导率,可见光范围的高透过率,而且储量丰富,价格低廉。由于其在结构、电学和光学等方面有诸多优点,加上 ZnO薄膜的制作方法很多,在透明电极、压敏电阻、太阳能电池窗口、表面声波器件、气体传感器、发光二极管等领域应用潜力巨大。 本文采用两种致密度分别为96%、99.5%和Al2O3含量都为2wt.%的ZnO陶瓷靶为溅射靶材。两种靶材都在相同条件下,分别在室温和基底100℃的溅射环境下,通过改变磁控溅射功率来制备AZO薄膜。采用 XRD、SEM、四探针测试仪、紫外-可见分光光度计对薄膜的性能进行表征和分析。主要结论如下:两种靶材所制备的AZO薄膜均具有多晶结构,采用致密度为96%的靶材所沉积的薄膜C轴择优取向比较明显,而采用致密度为99.5%的靶材所制备的薄膜C轴择优取向只在低溅射功率时表面的较明显。对于采用致密度为96%的靶材所制备的250 nm厚度的薄膜,其在室温下表现的光电综合性能要比基底温度为100℃制备的薄膜光电性能要好。室温下 AZO薄膜的可见光透过率高达~91%,电阻率低至2.55×10-3Ω·cm;基底溅射温度为100℃时,虽然其可见光透过率有所提高,但提高不是很明显,最高达~92%,然而其电阻率要比室温下的情况高一个数量级,最低至3.15×10-2Ω·cm。这表明采用低致密度的靶材溅射镀膜,基底温度的提高不利于提高薄膜的电学性能。当采用致密度为99.5%的高致密度靶材时,由于薄膜的厚度提高到了500 nm,所以其可见光透过率会受到一定的影响。此时室温下制备的AZO薄膜的光电综合性能不如基底100℃情况下制备的AZO薄膜光电性能。室温下,AZO薄膜的可见光透过率高达88.76%,电阻率低至4.5×10-4Ω·cm并且薄膜在久置之后有剥落的缺陷;当溅射温度为100℃时,AZO薄膜的光学透过率略有提高,高达88.97%,电阻率低至3×10-4Ω·cm,薄膜在久置之后没有出现剥落的现象。这表明对于高致密度的靶材,基底温度的提高有利于降低薄膜的电阻率,提高薄膜的质量。另外实验结论还表明,采用高致密度的靶材不宜采用高溅射功率。
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