基于磁控溅射技术的铝掺杂氧化锌薄膜的制备与性能研究

作     者：李伟民 

作者单位：中国地质大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：郝会颖

授予年度：2012年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：磁控溅射 铝掺杂氧化锌薄膜 衬底温度 溅射功率 工作压强 

摘      要：Al掺杂ZnO(AZO)薄膜作为第三代透明导电氧化物(TCO)，是当前半导体领域的研究热点。本文利用射频磁控溅射技术，以掺Al质量分数为3%的Al:ZnO合金靶为溅射源，分别在石英玻璃、柔性透明以及不透明耐高温聚酰亚胺膜上制备了AZO薄膜和Al/Al:ZnO背反射电极。主要研究内容包括以下几个方面： 1)系统研究了室温下在玻璃衬底上沉积AZO薄膜的工艺参数对薄膜电学性能、光学性能和生长速率的影响。当沉积气压固定为1.0Pa时，薄膜的生长速率随溅射功率的增加而线性增加，在200W时高达73nm/min;AZO薄膜的电阻率在200W时出现最低值，归因于高功率引起的温度效应。当溅射功率固定为80W时，随着沉积气压的增加，薄膜的生长速率逐渐降低，在1.0Pa时电阻率最低。 2)系统研究了沉积气压及衬底温度对AZO薄膜的表面形貌、光电性能、微结构以及生长速率的影响。在2.0Pa时表面织构最为均匀，薄膜电阻率最低。随着衬底温度增加，薄膜结晶性能变好，电阻率下降，表面织构更加明显。在衬底温度为500℃，沉积气压为2.0Pa时沉积的AZO薄膜的电阻率为9.04×10 cm，浓度和迁移率分别为3.38×1020/cm和20.45m/Vs，可见光平均透过率为76.83%。 3)以玻璃化转变温度250℃的透明柔性聚酰亚胺为衬底，制备了一系列AZO薄膜，并系统研究了溅射功率和衬底温度对AZO薄膜的光电性能、输运特性、微结构的调控规律。在衬底温度为150℃，溅射功率为60W，工作压强为1.0Pa时制备出电阻率为2.51×10 cm，可见光平均透过率为74.3%的AZO薄膜，为进一步的柔性透明电池的研发打下基础。 4)在柔性耐高温不透明聚酰亚胺衬底上制备用于太阳能电池的AZO/Al复合背反射电极，研究了提高薄膜附着力的方法以及溅射功率对复合薄膜结构、电学性能、光学性能和表面形貌的影响，分析了薄膜的表面成分。