磁控溅射制备ZnO基透明导电衬底材料的研究

发布时间：2017-06-17 10:12

  本文关键词：磁控溅射制备ZnO基透明导电衬底材料的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：ZnO是一种??-V?族半导体材料,在室温条件下拥有3.3eV的宽禁带和较高的激子束缚能(60meV),还拥有较高的稳定性。鉴于其出众的光学和电学性质,氧化锌和掺杂氧化锌材料也被广泛应用在紫外探测器、发光器件、太阳能电池、压电传感器、薄膜光波导和透明导电薄膜等多个领域。特别是ZnO基透明导电薄膜的研究,近期更是引起了广泛关注。ZnO薄膜的制备方法有很多,如水热法、溶胶—凝胶法、喷雾热解法、脉冲激光沉积法、磁控溅射法等。其中磁控溅射法具有沉积温度低、速度快、纯度高、薄膜附着性能好、制备工艺简单等优点,因此成为了制备ZnO薄膜的重要手段。本文采用射频磁控溅射法,在玻璃衬底上制备了ZnO薄膜。通过改变溅射时间、溅射气压、溅射功率、衬底温度、退火处理以及靶基距这六种溅射工艺参数,研究它们对ZnO薄膜性能的影响。使用X射线衍射法(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外可见光分光光度计、四探针测试仪、台阶仪等对样品的结构、形貌、厚度、光电特性进行了表征和分析。实验表明,在溅射时间20min、溅射气压2.0Pa、溅射功率为125W、衬底温度200℃、退火温度400℃、靶基距70mm的工艺条件下制备的ZnO薄膜,其晶体结构出现了明显的择优取向现象,表面颗粒较大、致密性、平整性较好,即形成了结晶质量比较好的薄膜;并且在此工艺条件下制备的ZnO薄膜厚度适中,薄膜透光率均在80%以上。随着ZnO薄膜在不同器件上的广泛应用,如窗口材料、透明导电电极、光电子集成器件等,使得不同衬底材料对在其上制备的ZnO薄膜各性能的影响这一课题值得研究。本文在不同衬底材料(玻璃、PET、PI)上以相同的溅射工艺制备AZO薄膜,使用同上的检测方法得出,在三种衬底材料上制备的AZO薄膜的透光率相差不多,均能达到80%以上。PI衬底上制备的AZO薄膜的方块电阻最小。并且通过改变溅射功率、溅射气压、衬底温度这三种溅射工艺参数,研究它们对不同柔性衬底上AZO薄膜性能的影响。结果表明,当溅射功率为100W、溅射气压2.0Pa、衬底温度100℃时,在PET衬底上制备的AZO薄膜,光电性能良好;当溅射功率为125W、溅射气压3.0Pa、衬底温度150℃时,在PI衬底上制备的AZO薄膜,光电性能良好。
【关键词】：磁控溅射 ZnO薄膜 AZO薄膜 衬底材料
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.21;TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-15
• 第一章 绪论15-29
• 1.1 透明导电薄膜的概述15-18
• 1.1.1 薄膜的种类及性能15-16
• 1.1.2 氧化物膜系透明导电薄膜16-17
• 1.1.3 柔性衬底氧化物膜系透明导电薄膜17-18
• 1.2 ZnO的基本性质与性能18-22
• 1.2.1 ZnO的晶体结构18-20
• 1.2.2 ZnO的物理性质20-21
• 1.2.3 ZnO的光学特性21
• 1.2.4 ZnO的电学特性21
• 1.2.5 ZnO的其他特性21-22
• 1.3 ZnO薄膜的制备方法22-24
• 1.3.1 物理气相沉积法22
• 1.3.2 化学气相沉积法22-23
• 1.3.3 溅射法23
• 1.3.4 分子束外延法23
• 1.3.5 真空蒸发法23-24
• 1.3.6 液相外延法24
• 1.3.7 溶胶-凝胶法24
• 1.4 ZnO薄膜的现状24-26
• 1.4.1 国外研究进展24-25
• 1.4.2 国内研究进展25-26
• 1.5 ZnO薄膜的应用26-28
• 1.5.1 压电器件26
• 1.5.2 光电器件26
• 1.5.3 传感器26-27
• 1.5.4 压敏元件27
• 1.5.5 紫外探测器27
• 1.5.6 太阳能电池27-28
• 1.6 本文的研究内容28-29
• 第二章 薄膜的磁控溅射制备及其性能表征29-41
• 2.1 溅射镀膜29-30
• 2.1.1 溅射镀膜原理29
• 2.1.1.1 靶材的溅射29
• 2.1.1.2 溅射粒子的迁移29
• 2.1.1.3 溅射粒子在基片上成膜29
• 2.1.2 溅射镀膜特点29-30
• 2.1.3 溅射镀膜的分类30
• 2.2 磁控溅射镀膜30-32
• 2.2.1 磁控溅射的原理30-32
• 2.2.2 磁控溅射的特点32
• 2.3 磁控溅射沉积系统的构成32-33
• 2.4 磁控溅射制备薄膜的实验材料与设备33-34
• 2.5 磁控溅射制备薄膜的实验流程34-35
• 2.5.1 衬底的选择34
• 2.5.2 衬底的清洗34-35
• 2.5.3 磁控溅射制备薄膜35
• 2.6 薄膜性能的表征方法35-41
• 2.6.1X射线衍射分析（XRD）35-36
• 2.6.2 扫描电子显微镜（SEM）36-37
• 2.6.3 紫外可见光分光光度计37
• 2.6.4 台阶仪37-38
• 2.6.5 四探针测试仪38-41
• 第三章 ZnO薄膜的制备及其性能研究41-63
• 3.1 溅射时间对ZnO薄膜性能的影响41-44
• 3.1.1 溅射时间对ZnO薄膜结构的影响41-42
• 3.1.2 溅射时间对ZnO薄膜形貌的影响42-43
• 3.1.3 溅射时间对ZnO薄膜厚度的影响43
• 3.1.4 溅射时间对ZnO薄膜光学性能的影响43-44
• 3.2 溅射气压对ZnO薄膜性能的影响44-47
• 3.2.1 溅射气压对ZnO薄膜结构的影响44-45
• 3.2.2 溅射气压对ZnO薄膜形貌的影响45-46
• 3.2.3 溅射气压对ZnO薄膜厚度的影响46-47
• 3.2.4 溅射气压对ZnO薄膜光学性能的影响47
• 3.3 溅射功率对ZnO薄膜性能的影响47-50
• 3.3.1 溅射功率对ZnO薄膜结构的影响48
• 3.3.2 溅射功率对ZnO薄膜形貌的影响48-49
• 3.3.3 溅射功率对ZnO薄膜厚度的影响49-50
• 3.3.4 溅射功率对ZnO薄膜光学性能的影响50
• 3.4 衬底温度对ZnO薄膜性能的影响50-54
• 3.4.1 衬底温度对ZnO薄膜结构的影响51-52
• 3.4.2 衬底温度对ZnO薄膜形貌的影响52
• 3.4.3 衬底温度对ZnO薄膜厚度的影响52-53
• 3.4.4 衬底温度对ZnO薄膜光学性能的影响53-54
• 3.5 退火温度对ZnO薄膜性能的影响54-57
• 3.5.1 退火温度对ZnO薄膜结构的影响54-55
• 3.5.2 退火温度对ZnO薄膜形貌的影响55
• 3.5.3 退火温度对ZnO薄膜厚度的影响55-56
• 3.5.4 退火温度对ZnO薄膜光学性能的影响56-57
• 3.6 靶基距对ZnO薄膜性能的影响57-60
• 3.6.1 靶基距对ZnO薄膜结构的影响57-58
• 3.6.2 靶基距对ZnO薄膜形貌的影响58-59
• 3.6.3 靶基距对ZnO薄膜的膜厚的影响59
• 3.6.4 靶基距对ZnO薄膜光学性能的影响59-60
• 3.7 本章小结60-63
• 第四章 不同衬底的AZO薄膜的制备及其性能研究63-73
• 4.1 不同衬底上AZO薄膜性能的影响63-66
• 4.1.1 不同衬底对AZO薄膜结构的影响63-64
• 4.1.2 不同衬底对AZO薄膜形貌的影响64
• 4.1.3 不同衬底对AZO薄膜光学性能的影响64-65
• 4.1.4 不同衬底对AZO薄膜电学性能的影响65-66
• 4.2 溅射功率对柔性衬底上AZO薄膜性能的影响66-67
• 4.2.1 溅射功率对柔性衬底上AZO薄膜光学性能的影响66-67
• 4.2.2 溅射功率对柔性衬底上AZO薄膜电学性能的影响67
• 4.3 溅射气压对柔性衬底上AZO薄膜性能的影响67-69
• 4.3.1 溅射气压对柔性衬底上AZO薄膜光学性能的影响68-69
• 4.3.2 溅射气压对柔性衬底上AZO薄膜电学性能的影响69
• 4.4 衬底温度对柔性衬底上AZO薄膜性能的影响69-71
• 4.4.1 衬底温度对柔性衬底上AZO薄膜光学性能的影响70-71
• 4.4.2 衬底温度对柔性衬底上AZO薄膜电学性能的影响71
• 4.5 本章小结71-73
• 第五章 结论73-75
• 参考文献75-81
• 作者简介81
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学士论文81-83
• 致谢83-84

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本文编号：458078