掺氢AZO薄膜的制备及热稳定性的研究
本文选题：H-AZO 切入点：薄膜 出处：《郑州大学》2017年硕士论文
【摘要】：透明导电薄膜由于高透光和高电导的特性而被广泛应用于太阳能电池前电极、平板显示、有机发光二极管等领域。锡掺杂氧化铟(ITO)薄膜是目前比较成熟的透明导电氧化物薄膜之一。但由于自然界In、Sn储量少和ITO薄膜在氢等离子体中不稳定等特点在一定程度上限制其应用。相比于ITO薄膜,铝掺氧化锌(AZO)薄膜具有成本低、无毒、氢等离子体环境中稳定等优点,被认为是ITO薄膜最有可能的替代者。但是目前AZO薄膜的电导率与ITO薄膜还有一定的差距,最近理论和实验研究表明:在AZO薄膜中掺入H可以提高薄膜的电导率。目前H-AZO薄膜的制备主要集中在射频磁控溅射方法,而采用直流磁控溅射方法制备H-AZO薄膜的研究较少。因此本文采用直流磁控溅射技术制备H-AZO薄膜。另外H-AZO薄膜光电性能的稳定性对于其在光电器件等方面的应用来说是一个值得研究的课题。一、本文采用直流磁控溅射镀膜技术制备H-AZO薄膜,研究H_2流量和衬底温度对薄膜性能的影响。实验结果如下:H_2流量对H-AZO薄膜性能的影响,(1)适量的H_2使H-AZO薄膜的(103)衍射峰峰强有所增加,平均晶粒尺寸增大,薄膜的晶化率有所提高。(2)H_2引入后,薄膜晶粒凝聚在一起,薄膜更加致密,表面出现了明显的凹坑。(3)H_2的引入对H-AZO在可见光区域的透光率影响比较小,平均透光率保持在90%以上,H-AZO薄膜的光学带隙值增加。(4)H_2的引入对AZO薄膜的电导率有显著的提高,电阻率由1.5×10-3Ω?cm降低到4.69×10-4Ω?cm,主要原因归结为载流子浓度的增加,由2.83×1020cm-3提高到7.68×1020cm-3。载流子浓度增加的原因是(ⅰ)H在AZO中以Hi和HO的形式掺入到AZO中增加载流子的浓度,扮演施主的角色。(ⅱ)H_2的引入促进了Al元素的掺杂。衬底温度对H-AZO薄膜性能的影响,在衬底温度100~200℃的变化范围内,随着衬底温度的升高:(1)H-AZO薄膜的(103)衍射峰增强,平均晶粒尺寸最大,薄膜的结晶性提高。(2)薄膜的电阻率降低,在衬底温度200℃时最低,电阻率为5.0×10-4Ω?cm,原因是随着衬底温度的升高,薄膜的晶化度提高,载流子迁移率增加。(3)薄膜在可见光区域的透光率提高,对薄膜光学带隙没有影响,光学带隙值大约为3.8ev。二、将制备的优质H-AZO薄膜在真空环境中做退火处理,研究不同退火温度对H-AZO薄膜光电性能热稳定性的影响。实验结果表明:(1)200℃、300℃退火之后,H-AZO薄膜的电阻率基本保持不变,当退火温度为400℃时,在退火0~120min时间内,H-AZO薄膜的电阻率由退火前的4.69×10-4Ω?cm升高到1.43×10-3Ω?cm;载流子浓度有显著的降低,从退火前的7.7×1020cm-3减小到3.8×1020cm-3,电子的迁移率也有明显的下降趋势,从退火前的17.4 cm2/(V·S)减小到11.4 cm2/(V·S)。分析认为400℃退火薄膜电学性能恶化的原因是在退火的过程中Hi、HO的脱附使薄膜的载流子浓度减小;H-AZO薄膜迁移率的减小是由于H的脱附,薄膜的结晶性下降所导致。说明温度低于300℃时,H-AZO薄膜的电学性能相对稳定。(2)不同的退火温度对H-AZO薄膜在可见光区域的透光率没有影响,退火前后样品的透光率保持在90%以上,400℃退火之后由于载流子浓度的下降使薄膜的光学带隙值有所减小。(3)200℃退火之后,对薄膜的结晶性能影响比较小,而300、400℃退火之后,HAZO薄膜的结晶度有所下降。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.2
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，本文编号：1659674
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