AZO透明导电薄膜光电性能的研究进展

掺铝氧化锌(AZO)薄膜其原料来源广、经济无毒,且具有优越的光电性能,可以与传统铟锡氧化物(ITO)薄膜相媲美,是优良的透明导电材料。目前,关于各制备工艺参数对AZO薄膜的影响规律及其影响机理仍是研究热点。综述了透明导电AZO薄膜光学与电学性能的研究进展,讨论了各制备工艺条件对薄膜性能的影响,分析了AZO/metal/AZO多层膜的研究现状,并对AZO薄膜的研究方向给予了展望。     

添加剂元素对AZO薄膜性能的研究进展

近年来,国内外一些研究者对添加剂元素与铝元素共掺杂的ZnO薄膜开展了许多研究并发现在AZO薄膜掺入添加剂元素不仅会增强AZO薄膜的光电特性,而且还能优化其晶体结构和表面形貌,某些添加剂元素还可以提高AZO薄膜的多项性能和稳定性,这对研究AZO薄膜性能的提高提供了一个更具潜力的研究方向。介绍了AZ0薄膜的基本结构、基本特性以及光电性能原理。对添加剂元素对AZO薄膜结构的研究和光电性能的研究进行了归纳和总结,并且与AZO薄膜进行了对比。综述了添加剂元素掺人的AZO薄膜目前所采用的磁控溅射法、溶胶一凝胶法和脉冲激光法三种主要制备技术以及其优缺点,同时阐述了不同方法掺人添加剂元素的AZO薄膜的研究进展。最后介绍了添加剂元素掺入的AZO薄膜在光电领域的应用,展望了其未来发展与研究趋势。     

液位沉降法制备AZO薄膜及其光电性能研究

以二水乙酸锌为原料,乙二醇甲醚和无水乙醇为溶剂,乙醇胺为稳定剂,六水合氯化铝为掺杂剂,合成AZO前驱液,采用自制的液位沉降装置在玻璃衬底上制备AZO薄膜,用XRD、UV—Vis、AFM、四探针、台阶仪等方法对薄膜进行表征,结果表明,应用液位沉降法制备AZO薄膜的优化条件为：溶胶浓度为0．5mol／L、Al3＋／Zn2＋浓度比为4at％、干燥温度100℃、干燥时间10min、预处理温度450℃、镀膜层数为20层、液位沉降速度为5cm／min、预处理时间为10min、550℃退火2h,得到薄膜透光率为88％,方块电阻为536Ω／□。     

真空热处理制备β-FeSi2光电薄膜的研究

磁控溅射法沉积的Fe／Si多层膜和Fe单层膜经真空热处理后制备了β-FeSi2薄膜。[Fe1nm／Si3.2nm]60多层膜在〈880℃温度下真空热处理2h后，样品均呈现β（220）／（202）择优取向，而Fe单层膜制备的样品则易形成β-FeSi2与ε-FeSi相的混合物，且取向杂乱。在920℃真空热处理后，两种样品都形成了α-FeSi2薄膜。原子力显微镜分析表明，样品表面粗糙度随热处理温度升高而变大，最大表面均方根粗糙度约为16nm。卢瑟福背散射分析发现，Fe／Si多层膜样品热处理过程中元素再分布很小。根据光吸收谱测量，Fe／Si多层膜制备的β-Fesi2薄膜的禁带宽度为0．88eV。     

热处理气氛对ZnO透明导电膜性能的影响

采用溶胶-凝胶法、在空气、Ar气、H2气中热处理制备Al3+、F-掺杂的致密ZnO薄膜.利用XRD、SEM、分光光度计和四探针测试仪对薄膜性质进行表征.研究表明,强还原性H2气处理促进了薄膜晶界中吸附氧的解吸,减少了晶界处缺陷数目,有利于薄膜晶化程度和载流子浓度提高,所制得掺杂ZnO薄膜最低方阻为10Ω/□,在可见光范围内的达透射率在可达90%以上,性能接近ITO导电薄膜.     

薄膜厚度和工作压强对室温制备AZO薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射法在室温下、普通玻璃基片上制备了AZO透明导电薄膜。用X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外-可见分光光度计和四探针测量了不同薄膜厚度和不同工作压强下所得样品的结构、电学和光学性能,结果表明,所制备的AZO薄膜均具有六角纤锌矿结构,沿c轴择优取向生长;在可见光范围内,薄膜平均透过率约为80%;随着薄膜厚度的增加和工作压强的降低,薄膜的电阻率呈下降趋势;得到的薄膜最低方块电阻为7.5Ω/□。     

射频溅射工艺参数对AZO薄膜结构和性能的影响

采用射频磁控溅射法制备了掺铝氧化锌(AZO)薄膜,研究了衬底温度及溅射工作压强对沉积薄膜的晶体结构、表面形貌及电学性能的影响。结果显示,随衬底温度增加,薄膜的结晶结构发生显著变化,而溅射工作气压增加主要影响沉积薄膜(103)面与(002)面的相对强度。薄膜的表面形貌受温度影响严重,而气压对形貌的影响相对较小。衬底温度增加,薄膜的电阻率急剧降低,迁移率和载流子浓度都显著增加,而工作气压增加则导致电阻率先减小后增大。     

真空退火法对AZO薄膜的研究

磁控溅射法在玻璃衬底上制备了AZO(氧化锌掺铝)薄膜。对薄膜进行了真空退火。利用XRD、分光光度计以及四探针等测试装置,对AZO薄膜的晶粒度、透光率和导电性能进行了测试分析。结果表明,退火有利于薄膜结晶;退火有利于薄膜光电性能的提高。在本实验中,AZO薄膜的最高透光率可达90.617%;最低电阻率可达2.21×10-3(Ω.cm)。对比在真空中退火的ITO薄膜的光电性能参数,结果已有所超越。此结果说明,AZO薄膜有潜力成为透明导电膜ITO的替代产品。     

透明导电AZO/Cu双层薄膜制备及其性能

采用直流磁控溅射方法在玻璃衬底上室温生长了AZO/Cu双层薄膜,Cu层厚度控制在9nm,研究了AZO层厚度对薄膜电学和光学性能的影响。当AZO层厚度为20～80nm时,AZO/Cu双层薄膜具有良好的综合光电性能,方块电阻为12～14Ω/sq,可见光平均透过率为70～75%,品质因子为2×10-3～5×10-3Ω-1。AZO/Cu双层薄膜可以观察到Cu（111）和ZnO（002）的XRD衍射峰。通过退火研究表明,AZO/Cu双层薄膜的光电性能可在400℃下保持稳定,具有良好的热稳定性。本研究制备的透明导电AZO/Cu双层薄膜具有室温制程、综合光电性能良好、结晶性能较好、稳定性高的优点,可以广泛应用于光电器件透明电极及镀膜玻璃等领域。     

Al浓度对AZO薄膜结构和光电性能的影响

采用射频溅射方法在Si基片上制备出AZO掺杂薄膜,对薄膜进行了XRD和AFM分析,并对其电性能作了研究.结果表明,掺杂量低于15%(原子分数)时,AZO薄膜结构为纤锌矿结构,呈c轴方向择优生长,没有Al2O3相出现.薄膜的可见光透过率均在80%以上,其最高电阻率出现在掺杂量为30%(原子分数),为1.3×107 Ω·cm.     

真空热蒸发碲化镉薄膜的结构组成和光电性能研究

研究了真空热蒸发制备CdTe薄膜的光电性能以及微结构,化学组成和成膜机理,通过X射线衍射,透射电镜电子衍射,X光电子能谱我光,暗电导测试等分析手段,系统表述了薄膜的组成,结构,表面氧化与真空热蒸发工艺的关系,指出基板温度是决定CdTe薄膜组成和结构的关键参数,150度左右制备的CdTe薄膜具有最佳光电性能和成膜质量,另外,对CdTe薄膜的氧化机制和成膜机理也进行了初步探讨。     

真空热处理对TbDyFe薄膜结构和磁学性能的影响

采用磁控溅射制备TbDyFe非晶薄膜,系统研究了不同温度和时间真空热处理对薄膜结构与磁学性能的影响.当热处理温度高于450℃时,薄膜中有磁致伸缩的RFe2结晶相形成.热处理使Tb0.28Dy0.72Fe2薄膜的易磁化方向从垂直于膜面向平行于膜面转变,并显著提高膜面内饱和磁化强度.450℃真空热处理60min后Tb0.29Dy0.71Fe1.8薄膜饱和磁化强度较高、矫顽力低,更容易在低场下磁化,适于低场下作为磁致伸缩薄膜应用.     

溅射功率对AZO／Cu／AZO多层薄膜结构与光电性能的影响

在玻璃衬底上利用磁控溅射法制备AZO／Cu／AZO多层薄膜,研究了溅射功率对AZO薄膜的微观结构和光电性能的影响。采用X射线衍射（XRD）仪、扫描电子显微镜（SEM）、紫外可见光谱仪（UVVis）等方法,对AZO薄膜的形貌结构、光电学性能进行了测试。结果表明：不同溅射功率下沉积的AZO薄膜均呈C轴择优取向,溅射功率对AZO／cu／AZO多层薄膜结构与光电性能有一定的影响。在溅射功率为120W、衬底温度为2500C、溅射气压为0．5Pa时薄膜的光透过率为75％,最低电阻率为2．2×10-4Ω·cm、结晶质量、表面形貌等得到明显改善。     

Ag层厚度对AZO/Ag/AZO透明导电薄膜性能的影响

在室温条件下,采用磁控溅射技术在玻璃衬底上生长了AZO/Ag/AZO多层透明导电薄膜。主要研究了Ag层厚度对多层透明导电薄膜结构和性能的影响。研究表明,AZO和Ag分别延(002)面和(111)面高度择优生长,随着Ag层厚度的增加,多层透明导电薄膜的电阻率不断降低,透过率呈现先降低再增加最后再降低的变化趋势,其中Ag层厚度为8nm的样品获得最大品质因子33.1×10^-3Ω^-1,综合性能最佳。     

不同退火工艺对AZO膜性能的影响

掺铝氧化锌(AZO)薄膜由于其独特的光学和电学性能而倍受人们的青睐。本文采用射频磁控溅射技术,制备了综合性能优良的AZO薄膜,通过不同退火工艺处理,研究了其对AZO薄膜的组织结构、电学性能及光学性能的影响。氮气环境下的退火使得AZO膜出现了更为明显的蓝移现象,氢气环境下的退火提高了薄膜的导电性。     

溅射功率对AZO透明导电薄膜的影响

采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上沉积了AZO透明导电薄膜,并用原子力显微镜观测了薄膜表面形貌,XRD测试了薄膜相结构和单色仪测试了薄膜透射率。结果表明,制备的薄膜具有高度c轴择优取向性,其表面平整,晶粒均匀致密。当溅射功率为180W、溅射气体流量为15sccm、基片温度为200℃时制得的薄膜方阻为10Ω/□,在可见光区平均透射率大于85%。     

快速退火对直流磁控溅射法制备的AZO薄膜性能的影响

在室温下,采用直流磁控溅射方法制备了不同厚度的氧化锌掺铝薄膜,并对样品进行了快速退火处理,退火温度为600℃,时间为60 s。研究了退火前后薄膜的结构、光电特性的变化情况。退火后,薄膜的最小电阻率为4.2×10-4Ω.cm,其透过率为90.1%。禁带宽度由退火前的3.68 eV变为3.75 eV。     

真空热处理对镀Al薄膜NdFeB磁体组织和耐蚀性的影响

用直流磁控溅射工艺,在NdFeB磁体表面镀Al薄膜,并对镀Al薄膜的磁体进行真空热处理,研究工艺、温度和时间对镀层成分、组织和性能的影响。结果表明:NdFeB镀Al薄膜磁体经650℃,10 min热处理后,综合性能最佳,Al膜层与Nd-FeB磁体在界面产生冶金结合,增强了界面结合力,又保持了Al膜层的完整性、连续性和良好耐蚀性。通过对样品微组织的观察发现,当热处理温度高于650℃时,Al膜层与基体之间产生互扩散,形成新的RFeAlB相,随着温度继续升高,新相的长大,破坏了Al膜层的完整性和连续性,产生许多微缺陷和裂纹,耐蚀性降低。     

不同缓冲层对Al掺杂ZnO薄膜性能的影响

本文采用射频反应磁控溅射法在玻璃基底上分别以Al2O3和AZO为缓冲层制备ZnO:Al(AZO)薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见分光光度计等方法对薄膜的结构和光电性能进行表征。XRD和SEM的分析结果表明,在Al2O3和AZO缓冲层上生长的AZO薄膜均具有较好的C轴择优取向,薄膜表面光滑平整,薄膜的结晶质量得到改善;透射光谱表明所有样品在可见光范围内的透过率均超过80%;薄膜的导电性能得到提高。     

AZO薄膜制备工艺及其性能研究

综述了掺铝氧化锌(AZO)薄膜制备方法与光电特性,重点阐述了磁控溅射法制备工艺参数如衬底温度、溅射功率、气体压强、溅射时间、衬底和靶间距、负偏压等对AZO薄膜结构、光电性能的影响,并指出目前AZO薄膜的研究关键以及所面临的挑战,展望了未来的研究方向。