HAZO透明导电薄膜在柔性衬底上的制备工艺及性能研究

发布时间：2017-09-24 02:07

  本文关键词：HAZO透明导电薄膜在柔性衬底上的制备工艺及性能研究

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【摘要】：柔性衬底上制备的AZO薄膜在柔性显示、柔性太阳能电池等领域有广泛的应用前景,现已成为研究热点。但由于柔性衬底质地柔软、不耐高温,造成柔性衬底上AZO薄膜结晶质量差且容易开裂,严重影响其导电性能;另外,导电性好的AZO薄膜中载流子浓度过高,这会明显降低薄膜在近红外区域的透过率。针对以上问题,本论文利用磁控溅射方法,通过摸索最佳溅射功率、采用多次成膜工艺、往溅射气氛中通入H2及引入缓冲层等方式,大幅提高了AZO薄膜的导电性能;同时,以PET衬底上HAZO薄膜为例,研究了薄膜的附着力、热稳定性及其在近红外区域的透过性等与其实际应用直接相关的性能。最终成功在柔性衬底上制备出了光电性能达到实际应用标准的HAZO薄膜。考虑到溅射功率对AZO薄膜电阻率的影响非常显著,且高功率会使柔性衬底发生翘曲、变形,所以首先对溅射功率条件进行探索。结果表明,PET和PMMA上制备的AZO薄膜分别在70、80 W条件下取得最低电阻率,分别为4.19×10-3Ω·cm、2.08×10-3Ω·cm;鉴于电阻率仍然偏高,且XRD显示两种衬底上制备的薄膜分别在80、90 W时具有最佳结晶质量,但此时柔性衬底已受热翘曲、变形,表面薄膜也已开裂,导电性能较差,透光性有所降低;我们采用多次成膜工艺在PET和PMMA衬底上制备AZO薄膜。当功率分别为80、90 W,间断4次,间断时间为5 min时,获得的薄膜结晶质量最好且无开裂现象,薄膜中VZn、Oi等受主缺陷较少,此时两者的电阻率分别降至2.47×10-3Ω·cm和9.50×10-4Ω·cm;同时,薄膜透光性得到提高,例如:80 W条件下PET衬底上制备的AZO薄膜,其可见光区平均透过率由单次镀膜时的80.53%增加到5次镀膜时的87.13%。为进一步降低柔性衬底上AZO薄膜电阻率,我们选择往溅射气氛中通入H2,采用多次成膜法制备HAZO薄膜。随氢气比例的增加,薄膜的电阻率降低,当氢气比例为4%时,两种柔性衬底表面的HAZO薄膜电阻率最低,分别为8.03×10-4Ω·cm和7.56×10-4Ω·cm。通入氢气后薄膜电阻率降低的主要原因是H钝化了薄膜中VZn、Oi、吸附氧、悬挂键等受主类缺陷,削弱了受主的补偿和散射作用,从而提高了薄膜的导电性能。H钝化受主的方式包括形成VZn-Hn复合体、吸附氧脱附和Oi逸出等。在以上制备工艺基础上,我们又引入了高阻AZO缓冲层,阻挡了水汽对薄膜的影响,提高了薄膜的结晶质量,使PET和PMMA表面HAZO薄膜电阻率降至6.93×10-4Ω·cm和6.48×10-4Ω·cm。通氢对薄膜在可见光区的透过率影响不大,但加入缓冲层后薄膜的透过率会降低。最后,我们测试了PET上HAZO薄膜(用含2 wt.%Al2O3的AZO靶材制备)的附着性能和热稳定性,这两项指标与商用ITO/PET薄膜的数值非常接近,基本达到可应用标准;针对薄膜中载流子浓度过高(1021/cm3),导致其在近红外区域透过率较低的情况,我们选用1 wt.%Al2O3的AZO靶材制备HAZO薄膜,在电阻率依然保持在10-4Ω·cm数量级的条件下,使载流子浓度由2.13×1021/cm3降低至8.32×1020/cm3,同时载流子迁移率由5.56 cm2/V·s上升至7.28 cm2/V·s,薄膜在近红外区域的透过率得以提高。
【关键词】：柔性衬底 多次成膜工艺 HAZO薄膜 缓冲层 近红外透过
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 ZnO基本结构及光电性质11-14
• 1.1.1 ZnO晶体结构11-12
• 1.1.2 ZnO光学性质12-14
• 1.1.3 ZnO电学性质14
• 1.2 ZnO薄膜性质及应用14-15
• 1.3 AZO透明导电薄膜性质及应用15-17
• 1.4 HAZO透明导电薄膜性质及应用17-18
• 1.5 柔性衬底主要种类及性质18-19
• 1.6 论文研究内容及意义19-21
• 第2章 薄膜的制备方法及表征手段21-31
• 2.1 射频磁控溅射21-23
• 2.1.1 磁控溅射工作原理21-22
• 2.1.2 磁控溅射设备简介22-23
• 2.2 薄膜性能测试及表征23-29
• 2.2.1 X射线衍射仪23-24
• 2.2.2 扫描电子显微镜24-25
• 2.2.3 表面轮廓仪25-26
• 2.2.4 分光光度计26-27
• 2.2.5 光致发光光谱仪27
• 2.2.6 霍尔效应测试仪27-28
• 2.2.7 纳米压痕仪28-29
• 2.3 薄膜制备工艺29-31
• 2.3.1 实验原材料29-30
• 2.3.2 薄膜制备过程30-31
• 第3章 柔性衬底表面AZO薄膜的制备工艺及其光电性能31-47
• 3.1 溅射功率对柔性衬底表面AZO薄膜性能的影响31-41
• 3.1.1 溅射功率对AZO薄膜结构的影响31-33
• 3.1.2 溅射功率对AZO薄膜表面形貌和生长速率的影响33-35
• 3.1.3 溅射功率对AZO薄膜电学性能的影响35-37
• 3.1.4 溅射功率对AZO薄膜透光性能的影响37-41
• 3.2 多次成膜工艺对柔性衬底表面AZO薄膜性能的影响41-46
• 3.2.1 多次成膜工艺对AZO薄膜结构的影响42-43
• 3.2.2 多次成膜工艺对AZO薄膜表面形貌和生长速率的影响43-44
• 3.2.3 多次成膜工艺对AZO薄膜电学性能的影响44-45
• 3.2.4 多次成膜工艺对AZO薄膜透光性能的影响45-46
• 3.3 本章小结46-47
• 第4章 柔性衬底表面HAZO薄膜的制备工艺及其光电性能47-59
• 4.1 H_2比例对柔性衬底表面HAZO薄膜性能的影响47-53
• 4.1.1 H_2比例对HAZO薄膜结构的影响47-49
• 4.1.2 H_2比例对HAZO薄膜表面形貌和生长速率的影响49-50
• 4.1.3 H_2比例对HAZO薄膜电学性能的影响50-52
• 4.1.4 H_2比例对HAZO薄膜透光性能的影响52-53
• 4.2 缓冲层厚度对柔性衬底表面HAZO薄膜性能的影响53-58
• 4.2.1 缓冲层厚度对HAZO薄膜结构的影响55-56
• 4.2.2 缓冲层厚度对HAZO薄膜表面形貌的影响56
• 4.2.3 缓冲层厚度对HAZO薄膜电学性能的影响56-57
• 4.2.4 缓冲层厚度对HAZO薄膜透光性能的影响57-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第5章 柔性衬底表面HAZO薄膜应用性能研究59-73
• 5.1 HAZO薄膜的附着力性能59-62
• 5.2 HAZO薄膜的热稳定性能62-65
• 5.3 HAZO薄膜的近红外区域透过性能65-71
• 5.4 本章小结71-73
• 第6章 结论及展望73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-81
• 致谢81-82
• 攻读硕士学位期间的研究成果82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘金刚;倪洪江;郭远征;宋勇志;杨士勇;;柔性显示器件用聚酰亚胺基板的研究与应用进展[J];精细与专用化学品;2014年09期

2 宋秋明;吕明昌;谭兴;张康;杨春雷;;H/Al共掺杂对ZnO基透明导电薄膜光电性质和晶体结构的影响[J];发光学报;2014年04期

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本文编号：908735