低温制备高电导掺氢AZO透明导电薄膜

发布时间：2017-06-18 12:24

  本文关键词：低温制备高电导掺氢AZO透明导电薄膜，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：与锡掺杂氧化铟(ITO)相比,掺铝氧化锌(AZO)透明导电薄膜有材料无毒、材料丰富、成本低廉等优点,已经成为了目前TCO薄膜研究热点。然而低温下制备的AZO薄膜的电阻率还没有达到ITO的水平,因此降低AZO薄膜的电阻率是一个重要的研究课题。最近有学者指出掺杂H可以改变AZO薄膜的光电性质,所以本论文主要围绕提高掺氢AZO薄膜性能来进行。一、AZO薄膜沉积参数的优化。我们实验室之前没有用陶瓷靶、直流磁控溅射方法制备ZnO的研究,因此我们先不掺杂氢气,通过改变溅射功率、掺杂氧气、溅射时间、溅射压强、衬底温度来寻找最优参数。1)溅射功率对AZO薄膜性能的影响。随着溅射功率的增加(100-230W),AZO薄膜的电阻率减小,最小为5×10~(-3)Ω.cm;在可见光区的透射率最大为91%;AZO薄膜的择优取向由(002)面转向(103)面;AZO薄膜的表面晶粒增大,晶界减小。2)掺杂氧气对AZO薄膜的影响。在溅射过程中通入0.2sccm氧气,AZO薄膜的电阻率由7.6×10~(-3)Ω.cm减小到5×10~(-3)Ω.cm;薄膜的透射率有轻微的增加。3)溅射时间对AZO薄膜性能的影响。随着沉积时间的增多(10-20min),AZO薄膜的电阻率先减小后增大,溅射时间15min时,薄膜的电阻率最低为4.18×10~(-3)Ω.cm;薄膜在可见光区的透射率为93%;薄膜厚度变厚,薄膜的表面晶粒变大,致密性更好。4)溅射压强对AZO薄膜的影响。随着压强的增加(0.4-0.6Pa),AZO薄膜的电阻率先减小后增大,当溅射压强0.5Pa时,薄膜的电阻率最低为5×10~(-3)Ω.cm;薄膜透射率为92%;薄膜表面的晶粒最致密,且缺陷较少。5)衬底温度对AZO薄膜的影响。随着衬底温度的增加(100-200℃),AZO薄膜的电阻率减小,最低为2×10~(-3)Ω.cm;薄膜的表面形貌也随着衬底温度的升高而变得更致密、晶粒更大、晶界更小。二、上面最佳参数的基础上,在AZO薄膜的制备过程中掺杂氢气。主要研究氢气的流量和衬底温度对AZO薄膜性能的影响。1)氢气流量对AZO薄膜性能的影响。随着氢气流量的增加(0.4-1.2sccm),薄膜的电阻率先减小后增大,氢气流量0.8sccm时电阻率最低为3.07×10~(-3)Ω.cm;薄膜在可见光区的透射率为93%以上。2)衬底温度对氢掺杂AZO薄膜性能的影响。随着衬底温度的增加(100-200℃),掺氢AZO薄膜的电阻率先减小后增大,衬底温度175℃时电阻率为1×10~(-3)Ω.cm,薄膜透射率97%。3)衬底温度和氢气流量对AZO薄膜性能的影响。无论衬底温度高低,薄膜的电阻率都随着氢流量增加而先减小后增大,在氢流量5.6sccm时,电阻率最低;在氢气流量较大时,衬底温度越高,电阻率越低,但是当氢气流量少时,衬底温度175℃的电阻率小于衬底温度225℃。衬底温度为225℃,电阻率最小4.5×10-4Ω.cm,在可见光区透射率93%。
【关键词】：直流磁控溅射 掺氢AZO 电阻率 透光率
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 太阳能电池的发展现状和趋势11
• 1.2 透明导电薄膜在太阳能电池中的应用11-12
• 1.3 常见的透明导电薄膜以及其制备方法12-16
• 1.3.1 常见的透明导电薄膜（TCO）12-14
• 1.3.2 薄膜常见的制备方法14-16
• 1.4 AZO透明导电薄膜发展现状和存在的问题16-17
• 1.5 氧化锌的基本性质17-18
• 1.6 掺氢AZO透明导电薄膜的研究现状18-21
• 1.6.1 氢的存在方式18-19
• 1.6.2 氢对AZO薄膜晶体结构和形貌的影响19-20
• 1.6.3 氢对AZO薄膜光电性能的影响20
• 1.6.4 氢在在ZnO薄膜中的稳定性20
• 1.6.5 掺氢AZO薄膜的发展现状20-21
• 1.7 论文研究的主要内容构架21-22
• 2 掺氢AZO透明导电薄膜表征方法和制备方法22-31
• 2.1 AZO薄膜的表征方法22-26
• 2.1.1 四探针法测方块电阻22
• 2.1.2 紫外-可见光分光光度计22-24
• 2.1.3 X射线衍射（XRD）24
• 2.1.4 扫描电子显微镜（SEM）24-25
• 2.1.5 透射谱计算薄膜厚度25-26
• 2.2 直流磁控溅射镀膜26-29
• 2.2.1 磁控溅射的发展26-27
• 2.2.2 直流磁控溅射法制备AZO透明导电薄膜的原理27-28
• 2.2.3 直流磁控溅射法制备AZO薄膜的优势28-29
• 2.2.4 实验室中磁控溅射仪器的简单介绍29
• 2.3 实验操作流程29-31
• 3 溅射参数对AZO薄膜各项性能影响结果与分析31-47
• 3.1. 溅射功率对AZO薄膜性能的影响32-36
• 3.1.1 溅射功率对薄膜透射谱的影响32-33
• 3.1.2 溅射功率对AZO薄膜电阻率的影响33-34
• 3.1.3 溅射功率对AZO薄膜晶格结构的影响34-35
• 3.1.4 溅射功率对AZO薄膜表面形貌的影响35-36
• 3.2 掺杂氧气对AZO薄膜性能的影响36-37
• 3.2.1 掺杂氧气对薄膜透射谱的影响36-37
• 3.2.2 掺杂氧气对薄膜电阻率的影响37
• 3.3 溅射时间对AZO薄膜性能的影响37-40
• 3.3.1 溅射时间对AZO薄膜透射谱的影响37-38
• 3.3.2 溅射时间对薄膜电阻率的影响38-39
• 3.3.3 溅射时间对薄膜表面形貌的影响39-40
• 3.4 溅射压强对AZO薄膜性能的影响40-43
• 3.4.1 溅射压强对薄膜透射谱的影响40-41
• 3.4.2 溅射压强对薄膜电阻率的影响41-42
• 3.4.3 溅射压强对薄膜表面形貌的影响42-43
• 3.5 衬底温度对AZO薄膜性能的影响43-45
• 3.5.1 衬底温度对薄膜透射谱的影响43-44
• 3.5.2 衬底温度对薄膜电阻率的影响44
• 3.5.3 衬底温度对薄膜表面形貌的影响44-45
• 3.6 本章小结45-47
• 4 掺氢AZO透明导电薄膜性能研究和分析47-58
• 4.1 氢气流量对AZO薄膜性能的影响47-50
• 4.1.1 氢气流量对AZO薄膜透射谱的影响47-48
• 4.1.2 氢气流量对AZO薄膜电阻率的影响48-49
• 4.1.3 氢气流量对AZO薄膜晶格结构的影响49-50
• 4.1.4 掺杂氢气与否对AZO薄膜表面形貌的影响50
• 4.2 衬底温度对掺氢AZO薄膜性能影响50-54
• 4.2.1 衬底温度对掺氢AZO薄膜透射谱的影响50-51
• 4.2.2 衬底温度对掺氢AZO薄膜电阻率的影响51-52
• 4.2.3 衬底温度对掺氢AZO薄膜晶格结构的影响52-53
• 4.2.4 衬底温度对掺氢AZO薄膜表面形貌的影响53-54
• 4.3 不同温度系列氢气流量对AZO薄膜性能的影响54-57
• 4.4 本章小结57-58
• 5 论文总结58-59
• 参考文献59-66
• 个人简历和硕士期间发表论文66-67
• 个人简历66
• 硕士期间发表论文66-67
• 致谢67

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