AZO透明导电薄膜的制备及性能研究

发布时间：2017-09-14 14:16

  本文关键词：AZO透明导电薄膜的制备及性能研究

  更多相关文章： AZO薄膜 TCO 磁控溅射 化学水浴沉积 光电性能

【摘要】：目前市场上透明导电薄膜(TCO)产品,主要以有SnO_2、In2O_3、ITO(In_2O_3:Sn)、FTO(SnO_2:F)、AZO(ZnO:Al)等,也包括多元薄膜材料如ZnSnO_3、CdSb_2O_5等。因ITO和FTO具有良好的光电性能和良好的热稳定性,使之成为TCO领域中应用最为广泛的材料。但其主要成分In是稀有金属材料,制备成本较高,使得应用受到一定的限制。因AZO具有与ITO薄膜相媲美的光电特性,并且成分无毒性,资源丰富,在氢等离子体中具有更加稳定的性质,使得AZO薄膜显现出了极其广阔的市场前景。因此,近年来国内外AZO薄膜的研究越来越多。本实验采用磁控溅射法和化学水浴法制备了AZO薄膜。利用磁控溅射法在钠钙玻璃上直接溅射AZO薄膜,讨论了衬底温度、溅射时间和退火温度对AZO薄膜的微观结构和光电性能的影响机制;探讨了晶种诱导成膜机制机理,为CBD法制备AZO薄膜提供了理论指导依据;化学水浴法是在有磁控溅射制备的AZO晶种层衬底上沉积生长的AZO薄膜,探讨了水浴温度、水浴p H值和Al掺杂浓度对AZO薄膜的微观形貌、结晶状态和光电性能的影响。实验结果表明:磁控溅射法制备的AZO薄膜,衬底温度和溅射时间都能对其光电性能产生较大的影响。在一定的范围内,当衬底温度和溅射时间分别增加时,AZO薄膜的光透过率和电阻率都呈现相同的变化趋势,均先增加后降低。通过溅射法得到的AZO薄膜均具有六方铅锌矿结构,且沿c轴(002)晶面择优生长。实验表明,沉积具有最佳光电性能的AZO薄膜的工艺条件为:衬底温度200℃,溅射时间90min。退火能够改变AZO薄膜当中的缺陷态密度,同时使薄膜的表面光滑平整,且致密均匀,在退火温度为400℃退火2h小时后薄膜的综合光电性能最佳;化学水浴法沉积的AZO薄膜呈现六方柱态排列。水浴温度对薄膜的微观形态影响非常大,90℃为不同形态的温度分界点。85℃时薄膜微观形貌由长度为500nm左右的片状晶花组成,90℃以上温度薄膜均呈柱状生长。同时,水浴pH值对薄膜的均匀性和致密度影响很大。结果表明,弱酸性(7.0p H6.0)水浴环境下,更有利沉积高致密度、均匀和大晶粒的AZO薄膜。
【关键词】：AZO薄膜 TCO 磁控溅射 化学水浴沉积 光电性能
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-11
• 第二章 文献综述11-18
• 2.1 ZnO薄膜12-14
• 2.2 AZO薄膜的制备工艺14-16
• 2.2.1 磁控溅射法14
• 2.2.2 化学气相沉积法14-15
• 2.2.3 喷雾热分解法15
• 2.2.4 溶胶—凝胶法15
• 2.2.5 脉冲激光沉积法15-16
• 2.2.6 分子束外延法16
• 2.3 AZO薄膜的应用16-17
• 2.3.1 透明导电薄膜16
• 2.3.2 太阳能电池16-17
• 2.4本文的研究内容、目的和意义17-18
• 第三章 实验方法和分析表征18-26
• 3.1 实验药品和仪器18-20
• 3.2 清洗衬底20
• 3.3 磁控溅射法制备AZO薄膜20-22
• 3.3.1中频磁控溅射原理20-21
• 3.3.2中频磁控溅射法制备AZO薄膜工艺流程21-22
• 3.4 化学水浴法(CBD)制备AZO薄膜22-24
• 3.4.1 化学水浴法原理22-23
• 3.4.2 化学水浴法过程23-24
• 3.5 实验测试方法24-26
• 3.5.1 物相结构分析24
• 3.5.2 微观形貌分析24-25
• 3.5.3 光学性能分析25
• 3.5.4 电学性能分析25-26
• 第四章 结果与讨论26-64
• 4.1 磁控溅射法制备AZO薄膜26-41
• 4.1.1 磁控溅射AZO薄膜的沉积过程分析26-27
• 4.1.2 衬底温度对AZO薄膜的影响27-33
• 4.1.3 溅射时间对AZO薄膜的影响33-36
• 4.1.4 退火温度对AZO薄膜的影响36-41
• 4.2 水浴法制备AZO薄膜41-64
• 4.2.1 晶种层的制备47-49
• 4.2.2 水浴温度对AZO薄膜的影响49-53
• 4.2.3 水浴pH值对AZO薄膜的影响53-59
• 4.2.4 Al掺杂浓度对AZO薄膜的影响59-64
• 第五章 结论64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 附录 作者攻读硕士期间发表的论文及成果71

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本文编号：850504