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透明导电掺铝氧化锌薄膜的制备修饰及其自清洁性能研究

作　者: 石小凤
导　师: 陈振宁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 物理化学
关键词: AZO膜 刻蚀 光学性能 电学性能 自洁性能
分类号: TB383
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


掺铝氧化锌(Al-doped ZnO，简称AZO)薄膜是一种具有高透射率和低电阻率的n型半导体透明导电薄膜，广泛应用于各种光学仪器中。随着材料多功能化的发展，对于AZO薄膜来讲，在保持其透明、导电性能的基础上，研究其自清洁性能是很有必要的。本文用溶胶凝胶和磁控溅射两种方法制备了透明导电AZO膜，并对其进行化学刻蚀和表面修饰，得到了兼具透明、导电与自洁性能于一体的AZO膜。通过分析制备工艺，优化实验条件，用XRD、SEM以及AFM等方法对AZO膜表面的结构和形貌进行测试，使用紫外可见分光光度计、四探针测试仪、接触角测试仪等测试光电性能以及自洁性能，并研究了表面形貌与光电性能及自洁性能之间的关系。采用溶胶凝胶法制备AZO薄膜时，提拉次数为12层时，性能最优，此时平均透过率达到87%，面电阻为3.56×10~3Ω/sq，AZO膜厚度约为665nm，表面颗粒大小均一、晶界清晰，方均根粗糙度仅为1.63nm。通过对AZO膜进行化学刻蚀和表面修饰以获得自洁功能，在刻蚀浓度0.5%，刻蚀时间20s条件下AZO薄膜综合性能较好，接触角为147.43°，面电阻为6.76×10~3Ω/sq，平均可见光透过率约为80%，此时方均根粗糙度为68.26nm。采用射频磁控溅射法制备透明导电AZO膜时，功率为200W时，性能最优，此时平均透过率达到80%左右，面电阻为0.55×10~3Ω/sq，得到的AZO膜厚度约为580nm，表面颗粒大小均一、晶界清晰，方均根粗糙度仅为2.13nm。与前同样的方法进行刻蚀和修饰，刻蚀时间30s时，AZO薄膜综合性能最好，AZO薄膜的接触角为138.90°，面电阻为1.97×10~3Ω/sq，平均可见光透过率大约为72%，方均根粗糙度为82.08nm。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-18
  1.1 课题背景及研究目的和意义  8-9
  1.2 掺铝氧化锌薄膜的研究现状  9-13
    1.2.1 AZO 薄膜的结构  9
    1.2.2 AZO 薄膜的性质  9-10
    1.2.3 AZO 薄膜的应用  10-11
    1.2.4 AZO 薄膜的制备方法  11-13
  1.3 自洁仿生薄膜的研究现状  13-17
    1.3.1 自洁仿生薄膜概述  13-15
    1.3.2 自洁仿生膜的制备方法  15-17
  1.4 本文主要研究内容  17-18
第2章 实验材料及研究方法  18-24
  2.1 试验试剂及仪器  18-19
    2.1.1 实验试剂  18
    2.1.2 主要设备  18-19
  2.2 实验流程  19
  2.3 实验方法  19-21
    2.3.1 玻璃的前处理工艺  19
    2.3.2 透明导电 AZO 膜的制备  19-21
    2.3.3 自洁 AZO 膜工艺研究  21
  2.4 AZO 薄膜的测试表征方法  21-24
    2.4.1 相组成分析  21-22
    2.4.2 表面形貌分析  22
    2.4.3 原子力显微镜分析  22
    2.4.4 紫外-可见吸收光谱分析  22-23
    2.4.5 面电阻测试  23
    2.4.6 接触角测试仪  23-24
第3章 溶胶凝胶法制备 AZO 膜及其性能研究  24-41
  3.1 引言  24
  3.2 制备方法  24-27
    3.2.1 溶胶凝胶法制备透明导电 AZO 膜  25-27
    3.2.2 自洁 AZO 膜的制备  27
  3.3 溶胶凝胶工艺研究  27-31
    3.3.1 拉膜次数对结构和形貌的影响  27-29
    3.3.2 拉膜次数对光电性能的影响  29-30
    3.3.3 膜厚度测试及表面分析  30-31
  3.4 化学刻蚀工艺研究  31-40
    3.4.1 刻蚀浓度的影响  32-35
    3.4.2 刻蚀时间的影响  35-40
  3.5 本章小结  40-41
第4章 磁控溅射法制备 AZO 膜及其性能研究  41-54
  4.1 引言  41
  4.2 制备方法  41-43
    4.2.1 磁控溅射法制备透明导电 AZO 膜  41-43
    4.2.2 自洁 AZO 膜的制备  43
  4.3 磁控溅射工艺研究  43-48
    4.3.1 溅射功率对结构与形貌的影响  43-45
    4.3.2 溅射功率对光电性能的影响  45-46
    4.3.3 膜厚度测试及表面分析  46-48
  4.4 化学刻蚀工艺研究  48-53
    4.4.1 刻蚀时间的影响  48-53
  4.5 本章小结  53-54
结论  54-55
参考文献  55-59
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  59-61
致谢  61

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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