直流磁控溅射法制备铝铬共掺杂氧化锌薄膜及其结构和光电性能的研究

利用直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备了铝铬共掺杂氧化锌(ZACO)透明导电薄膜.通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等表征方法对薄膜特性进行测试分析,研究了溅射压强和溅射功率对薄膜生长速率以及光电特性的影响.结果表明,随着溅射气压(1.5～4.5 Pa)的增大,薄膜沿c轴方向的结晶质量提高,薄膜表面更加致密,晶粒大小更加均匀.薄膜生长率随压强的增大而减小,但电阻率先减小后增大.当溅射功率由80 W增大到100 W时,薄膜的生长速率增大,电阻率减小.溅射压强为3.5 Pa,溅射功率为100 W时,薄膜的电阻率达到最小值2.574×10-3 Ω·cm.紫外-可见透射光谱表明,所有薄膜在可见光区的透过率均超过89.9;.     

溅射功率对射频磁控溅射制备非晶In-Ga-Zn-O薄膜的影响

采用射频磁控溅射法在室温玻璃衬底上成功地制备出了铟镓锌氧(In-Ga-Zn-O)透明导电薄膜.研究了不同溅射功率对In-Ga-Zn-O薄膜结构、电学和光学性能的影响.X射线衍射(XRD)表明,在80～150 W溅射功率范围内In-Ga-Zn-O薄膜为非晶结构.随着溅射功率的增加,生长速率成线性增加,电阻率逐渐降低.透射光谱显示在350 nm附近出现较陡的吸收边缘,说明In-Ga-Zn-O薄膜在以上溅射功率范围内具有良好的薄膜质量.光学禁带宽度随着溅射功率增加而减小.In-Ga-Zn-O薄膜在500～800nm可见光区平均透过率超过90;.     

ZnO:Al透明导电薄膜的制备及其特性分析

采用射频磁控溅射工艺在玻璃衬底上制备出c轴择优取向的ZnO:Al(AZO)透明导电薄膜,靶材为AZO(2;质量分数Al2O3)陶瓷靶.对在不同溅射功率下沉积出来的薄膜运用X射线衍射(XRD)、可见光区透射谱、四探针方法分别进行结构和光电特性的表征.得出在200W下沉积的膜性能最好,可见光区平均透过率达到89;以上,电阻率最低为9.3×10-4Ω·cm.     

射频溅射功率对Mn-Co-Ni-O薄膜结构与性能的影响

采用射频磁控溅射技术在硅衬底上制备了锰钴镍氧(Mn-Co-Ni-O, MCNO)薄膜并进行了后退火处理。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、光学测试仪器等测试手段对晶体结构、表面形貌及光学性能进行表征。分析了不同射频溅射功率(60~100 W)对MCNO薄膜表面微观形貌、晶体结构和光学性能的影响。结果表明,在60~90 W下获得的薄膜表面致密且均匀,但在100 W下获得的MCNO薄膜表面晶粒尺寸显著增大。物相分析表明,采用射频磁控溅射沉积的MCNO薄膜主要为尖晶石结构,溅射功率对薄膜结晶质量和择优取向具有显著影响,在80 W下获得的MCNO薄膜结晶质量最佳。同时,拉曼光谱测试也表明该MCNO薄膜表现出最强的Mn⁴⁺—O对称弯曲振动和最小的压应力。紫外-可见-近红外光谱分析表明,MCNO薄膜的吸光范围主要在可见光-近红外波段,在80~90 W溅射功率下获得的MCNO薄膜在近红外波段表现出更强的吸收峰。射频溅射功率的改变会影响薄膜的厚度和结晶质量,从而对薄膜的光学带隙起到调控作用。光致发光光谱测试不同溅射功率下薄膜的缺陷峰发光强度,且在功率为80 W时沉积的薄膜具有最强紫外发射峰,表明改变溅射功率能够有效改善薄膜缺陷及提高晶体质量。     

溅射气压对碳硅氧薄膜透过率及光学带隙的影响

采用射频磁控溅射技术在玻璃基底和单晶硅片(100)上制备了碳硅氧(SiOC)薄膜,通过扫描电镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱及紫外可见透射光谱等技术手段对其进行了分析,研究了在不同溅射气压下所制备薄膜的组分、透过率及光学带隙.结果表明:随着溅射气压的增大,薄膜内部sp3键含量、透过率及光学带隙均随之增大,sp3键及其形成的宽带隙σ键对薄膜光学带隙有着较大影响.在溅射气压为3.0 Pa的条件下,薄膜光学带隙为2.67 eV.     

溅射功率对ZnO∶Si透明导电薄膜性能的影响

采用直流磁控溅射法在室温玻璃基片上制备出了掺硅氧化锌(ZnO∶ Si)透明导电薄膜.研究了溅射功率对ZnO∶ Si薄膜结构、形貌、光学及电学性能的影响.结果表明,溅射功率对ZnO∶ Si薄膜的生长速率、结晶质量及电学性能有很大影响,而对其光学性能影响不大.实验制备的ZnO∶Si薄膜为六方纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有垂直于基片方向的c轴择优取向.当溅射功率从45 W增加到105 W时,薄膜的晶化程度提高、晶粒尺寸增大,薄膜的电阻率减小;当溅射功率为105 W时,薄膜的电阻率达到最小值3.83×10-4 Ω·cm,其可见光透过率为94.41;.实验制备的ZnO∶ Si薄膜可以用作薄膜太阳能电池和液晶显示器的透明电极.     

溅射功率对直流磁控溅射法沉积TGZO薄膜性能的影响

利用直流磁控溅射法在室温水冷玻璃衬底上制备出了高质量的钛镓共掺杂氧化锌(TGZO)透明导电薄膜.研究了溅射功率对TGZO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TGZO薄膜的结构和电阻率有重要影响.X射线衍射分析表明,TGZO 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120 W时,实验获得的TGZO薄膜的方块电阻为2.71 Ω/□,此时电阻率具有最小值2.18×10-4 Ω·cm.实验制备的TGZO 薄膜在可见光区范围内平均透过率达到了90;以上.     

射频磁控溅射低温制备ITO薄膜

利用射频磁控溅射法低温制备铟锡氧化物薄膜,主要研究了氧氩流量比、溅射功率、溅射压强、沉积温度和靶基距等工艺参数对ITO薄膜结构和光电性能的影响.在优化的沉积条件即氧氩流量比0.1/25、溅射功率210W、溅射压强0.2 Pa、靶基距2.0 cm和衬底为100℃的低温下制备的ITO薄膜电阻率为7.3×10-4Ω·cm、可见光范围内平均透光率为89.4;.在氩气气氛中200℃低温退火60 min后,ITO薄膜的电阻率降为3.8 ×10-4Ω·cm,透光率不变.     

金属Ta缓冲层上生长微晶Si薄膜的结晶性研究

利用射频磁控溅射技术,在生长了Ta缓冲层的石英玻璃衬底上采用不同溅射功率下制备了一系列的硅薄膜样品,用拉曼光谱和X射线衍射表征了薄膜的结晶性随溅射功率的变化情况.实验结果表明:随着溅射功率的增加,薄膜逐渐由非晶向微晶过渡,晶粒沿Si(311)面呈柱状生长,功率升高到80 W时薄膜的晶化率达到75.4;,薄膜为典型的微晶结构.继续增加功率,薄膜的结晶性变差,晶化率下降,在60～120 W之间存在一个优化理想的射频溅射功率,在此功率下生长的薄膜样品的结晶性最高.本文还尝试解释了Ta缓冲层在Si晶化过程中的作用.     

射频磁控溅射生长ZnO薄膜及性能研究

采用射频磁控溅射技术在玻璃衬底生长ZnO及ZnO∶ Al薄膜,通过改变氩氧比、衬底温度和溅射功率获得样品.用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、扫描电子显微镜进行表征.结果发现:室温下40W的溅射功率1h的溅射时间,改变氩氧比获得样品.XRD图谱中无明显衍射峰出现;紫外可见光分光光度计测试结果显示400nm波长以下,透光率在90;以上.说明薄膜生长呈无定形.衬底温度高于200℃样品,XRD有明显(002)衍射峰出现,在400～ 800 nm波长范围,透光率在88;以上,衬底温度300℃时,XRD衍射峰半高宽最小,晶粒尺寸大.TEM显示:衬底300℃晶粒尺寸最大,晶体发育好.在200℃掺铝ZnO薄膜,(002)峰不明显,有(101)峰出现.     

射频溅射功率对ZnO透明导电薄膜光电性能的影响

采用磁控溅射技术在不同溅射功率下制备了ZnO薄膜.研究了薄膜的沉积速率、光电特性以及不同功率条件下制备的ZnO薄膜对HIT电池开路电压的影响.结果表明:在溅射功率为200 W时制备的薄膜,具有良好的导电性和光透过性;将其应用到HIT电池中,得到的开路电压最高.该研究对提高HIT电池性能具有一定的参考意义.     

衬底温度对氧化锌薄膜微结构及光学性能的影响

衬底温度是磁控溅射法制备氧化锌薄膜中一个非常重要的工艺指标,探索衬底温度对氧化锌薄膜微结构及光学性能的影响对制备环保型高质量氧化锌紫外屏蔽材料具有重要意义。以质量分数99.99%的氧化锌陶瓷靶为溅射源,利用射频磁控溅射技术在石英衬底上沉积了氧化锌紫外屏蔽薄膜,通过X射线衍射仪、薄膜测厚仪、紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计进行测试和表征,研究了不同衬底温度对ZnO薄膜微结构及光学性能的影响。实验结果表明:制备所得薄膜均为六角纤锌矿结构,具有沿(002)晶面择优取向生长的特点,其晶格常数、晶粒尺寸、透过率、光学能隙、可见荧光、结晶质量等都与衬底温度密切相关,当衬底温度为250 ℃,溅射功率160 W,氩气压强0.5 Pa,氩气流速8.3 mL/min,沉积时间60 min时,所得氧化锌薄膜样品取向性最好,晶粒尺寸最大,薄膜结构致密,具有良好的光学性能和结晶质量。     

磁控溅射Cu薄膜的光电性能研究

利用磁控溅射技术,通过正交试验设计方法,在K9光学玻璃基底上制备了Cu薄膜,研究了溅射时间、基底温度和氩气流量对Cu薄膜光电性能的影响.研究表明:Cu薄膜的透射谱在紫外波段362 nm处有明显吸收峰,但在可见光波段吸收强度较弱,说明Cu膜在可见波段有较高的透光性;膜厚度增加则光学透射率降低.电阻率随膜厚的增大,大体上呈逐渐减小的趋势;1100 nm 为临界尺寸,Cu膜厚度<1100 nm时,电阻率值变化较快;Cu薄膜厚度>1100 nm时,电阻率变化缓慢至定值.当溅射时间为25 min、基底温度为300 ℃、氩气流量为6.9 sccm时所得样品在紫外-可见光区没有吸收,且导电性好.     

Characteristics of sputtered zinc-oxide films prepared by UBM sputtering for thin film transistors

In this work, we describe the characteristics of zinc-oxide (ZnO) thin films synthesized on Si (001) and Corning (7059) glass substrates by unbalanced magnetron (UBM) sputtering under various ZnO film thicknesses and RF powers. We investigated the characteristics of ZnO films' structural, optical, and electrical properties with various film thicknesses and RF powers for the active channel in a thin film transistor (TFT). We used the UBM sputtering system for high rate deposition of ZnO films. The ZnO film surface was rough and the grain size of the film increased with increasing RF power and film thickness. The electrical properties improved with the increase of RF power and film thickness. These results can be explained by the improvement of the crystallinity in the ZnO film related to the grain size increase with increasing RF power and ZnO film thickness.     

衬底温度对直流反应磁控溅射法制备的N掺杂p型ZnO薄膜性能的影响

利用直流反应磁控溅射法(纯金属锌作为靶材,Ar-N2-O2混合气体作为溅射气体)在石英玻璃衬底上制备了N掺杂p型ZnO薄膜.通过XRD、Hall和紫外可见透射谱分别研究了衬底温度对ZnO薄膜结构性能、电学性能和光学性能的影响.XRD结果显示所有制备的薄膜都具有垂直于衬底的c轴择优取向,并且随着衬底温度的增加,薄膜的晶体质量得到了提高.Hall测试表明衬底温度对p型ZnO薄膜的电阻率具有较大影响,400℃下生长的p型ZnO薄膜由于具有较高的迁移率(1.32 cm2/Vs)和载流子浓度(5.58×1017cm-3),因此表现出了最小的电阻率(8.44Ω·cm).     

Sputter power and sputter pressure influenced structural and optical behaviour of RF sputtered nanocrystalline ZnO films

Zinc oxide thin films were deposited on p‐type (100) silicon and Corning glass substrate by using RF magnetron sputtering at different sputter powers range 100–200 W and sputter pressures range 2–8 Pa. The deposited films were characterized by X‐ray diffraction, atomic force microscopy, scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscope and UV‐Vis‐NIR spectrophotometer. The films formed at sputter power of 100 W consists of weak (100) reflection and then sputter power increased to 150 W additional (110) reflection was present with enhancement in the intensity of (100) peak. Further increase of sputtering power to 200 W the intensity of (100) phase decreased with the presence of additional peaks of (002) and (101) of ZnO. The FTIR analysis confirms the Zn‐O absorption band was located at 414 cm^‐1. The optical band gap of zinc oxide films decreased from 3.28 to 3.07 eV with increase of sputter power from 100 to 200 W. The maximum crystallite size of 21 nm, the root mean square roughness of 7.2 nm was found at films formed at working pressure of 5 Pa. The optical transmittance of the films increased from 88 to 96% and then decreased to 84% with increase of sputter pressure from 2 to 8 Pa.     

溅射法制备YAG:Ce3+荧光薄膜

以自制铈掺杂立方相钇铝石榴石(YAG∶Ce3+)荧光粉为原料经冷静压压制得到粉末靶材,在纯氩气气氛下通过射频磁控溅射法在石英玻片上镀膜,随后在氩气气氛下1100℃/3 h热处理得到YAG∶Ce3+荧光薄膜。系统探讨了溅射功率、靶间距等因素对YAG∶Ce3+荧光薄膜物理和发光性能的影响。分析发现采用粉末靶可以明显提高YAG∶Ce3+薄膜溅射沉积速率,在靶间距20 mm,溅射功率300 W的制备条件下得到的荧光薄膜经450 nm蓝光激发时,可发射524 nm的光,较商用荧光粉发射峰略有蓝移。粉末靶溅射制备荧光薄膜具有大规模实际应用潜力。     

溅射温度对ITO/Ag/ITO多层复合薄膜的结构和光电性能的影响

本文采用直流磁控溅射分层溅射制备了氧化铟锡(ITO)/银(Ag)/ITO多层复合薄膜。系统研究了溅射温度对ITO/Ag/ITO多层复合薄膜的结构和光电性能影响。采用ITO(m(In₂O₃)∶m(SnO₂)=9∶1;直径60 mm)靶材和Ag(纯度99.999%;直径60 mm)靶材分层溅射,使ITO薄膜和Ag薄膜依次沉积在钠-钙玻璃基片上。结果表明,溅射温度对该薄膜的形貌和结构具有显著的影响。在中间Ag薄膜和顶层ITO薄膜的溅射温度均为120 ℃时,薄膜表面晶粒形貌由类球形转变为菱形,此时薄膜方阻为3.68 Ω/Sq,在488 nm处透射率为88.98%,且品质因数为0.03 Ω^-1,实现了低方阻高可见光透射率ITO/Ag/ITO多层复合薄膜的制备。