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AZO透明导电薄膜的制备及其光学与电学性能研究

作　者: 李乾坤
导　师: 王金斌
学　校: 湘潭大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: AZO 脉冲激光沉积同质缓冲层正交试验大面积
分类号: TN304.055
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

ZnO:Al（AZO）因其具有优异的光学与电学性能、价格便宜、无毒、在氢离子环境中有很好的稳定性等优势，广泛的应用于薄膜太阳能电池、有机发光二极管、液晶显示器和微显示器等光电器件，被认为是最有前景的透明电极材料。本文首先采用脉冲激光沉积（Pulse Laser Deposition, PLD）法在引入同质缓冲层的基础上结合正交试验设计制备了AZO薄膜，优化了AZO薄膜制备工艺参数；然后研究了同质缓冲层沉积条件对AZO薄膜结构、光学与电学性能的影响，进一步优化了同质缓冲层的工艺参数。最后，在优化工艺参数的基础上制备了五英寸均匀大面积AZO薄膜。主要研究内容与结论总结如下：（1）利用正交试验设计对含同质缓冲层的AZO薄膜的制备工艺进行优化，确定了各因素对AZO薄膜性能影响次序为：温度>氧压>沉积时间>激光能量；同时得到最优参数为：衬底温度300oC、氧气压强0mTorr、沉积时间45min、激光能量350mJ。在优化条件下制备的AZO薄膜的透射率为88.3%，电阻率为2.63×10^-4·cm。（2）通过有/无同质缓冲层AZO薄膜性能的对比，发现同质缓冲层的引入可以有效改善AZO薄膜的结构、光学与电学性能。进一步研究同质缓冲层衬底温度（30oC、100oC、500oC）与沉积氧压（0mTorr、40mTorr、200mTorr）变化对AZO薄膜结构、光学与电学性能的影响，实验结果表明适中的同质缓冲层制备温度（100oC）有利于原子在衬底表面横向运输并促进同质缓冲层的成核与生长，进而促进AZO薄膜的生长，使AZO薄膜有较好的结晶性、表面形貌、光学及电学性能。将同质缓冲层沉积氧压定为40mTorr时，由于少量氧气的引入使同质缓冲层的缺陷减少进而提高了AZO薄膜的结晶性、减小光的散射与吸收，使其光学与电学性能也相应提高，透射率高达89.1%，电阻率低至2.13×10^-4·cm。（3）以AZO薄膜优化工艺参数为基础，通过调节靶衬间距（107mm、117mm、127mm），改变激光产生的等离子体羽辉溅射到衬底表面的半径，从而改变激光扫描靶材边缘部分时所溅射的原子对薄膜厚度的补偿作用。实验结果表明，当靶衬间距为117mm，时制备的大面积AZO薄膜表现出均匀的厚度分布，其归一化厚度偏差为±3.2%，并且薄膜的方块电阻大小基本稳定在110/□到125/□之间，薄膜中心位置在可见光波段的平均透射率为86.6%，完全满足透明电极对AZO薄膜提出的性能指标要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 透明导电薄膜概述  9-14
    1.1.1 透明导电氧化物薄膜的发展历程与应用  9-10
    1.1.2 透明导电氧化物薄膜的主要分类  10-14
  1.2 AZO 薄膜简介  14-16
    1.2.1 AZO 薄膜的特性  14
    1.2.2 AZO 薄膜的研究现状  14-16
  1.3 本论文的研究思路与主要内容  16-18
    1.3.1 本论文的研究思路  16
    1.3.2 本论文的主要内容  16-18
第2章 AZO 薄膜制备工艺的正交优化  18-32
  2.1 AZO 薄膜的制备  18-21
    2.1.1 脉冲激光沉积法简介  18-20
    2.1.2 AZO 薄膜的脉冲激光沉积  20-21
  2.2 AZO 薄膜的主要表征手段  21-23
    2.2.1 紫外可见分光光度计  21-22
    2.2.2 霍尔效应仪  22-23
    2.2.3 薄膜厚度测试仪  23
  2.3 PLD 法制备 AZO 薄膜工艺的正交优化  23-31
    2.3.1 正交试验设计的基本理论  23-24
    2.3.2 正交参数与正交表的选取  24-25
    2.3.3 正交试验结果及分析  25-31
  2.4 本章小结  31-32
第3章同质缓冲层对 AZO 薄膜性能的影响  32-43
  3.1 同质缓冲层的引入对 AZO 薄膜性能的影响  32-35
    3.1.1 同质缓冲层的引入对 AZO 薄膜晶体结构及表面形貌的影响  32-33
    3.1.2 同质缓冲层的引入对 AZO 薄膜光学与电学性能的影响  33-35
  3.2 同质缓冲层沉积温度对 AZO 薄膜性能的影响  35-38
    3.2.1 同质缓冲层沉积温度对 AZO 薄膜晶体结构及表面形貌的影响  35-37
    3.2.2 同质缓冲层沉积温度对 AZO 薄膜光学与电学性能的影响  37-38
  3.3 同质缓冲层沉积氧压对 AZO 薄膜性能的影响  38-41
    3.3.1 同质缓冲层沉积氧压对 AZO 薄膜晶体结构及表面形貌的影响  38-40
    3.3.2 同质缓冲层沉积氧压对 AZO 薄膜光学与电学性能的影响  40-41
  3.4 本章小结  41-43
第4章大面积 AZO 薄膜的制备及其光学与电学性能表征  43-50
  4.1 大面积 AZO 薄膜的制备工艺  43-44
  4.2 大面积 AZO 薄膜厚度均匀性分析  44-47
  4.3 大面积 AZO 薄膜的光学与电学性能表征  47-49
  4.4 本章小结  49-50
第5章总结与展望  50-52
  5.1 论文总结  50
  5.2 后续工作与展望  50-52
参考文献  52-57
致谢  57-58
攻读硕士期间的论文发表情况  58

AZO透明导电薄膜的制备及其光学与电学性能研究

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