摻氫AZO薄膜的制備及熱穩(wěn)定性的研究.pdf

1、透明導(dǎo)電薄膜由于高透光和高電導(dǎo)的特性而被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池前電極、平板顯示、有機(jī)發(fā)光二極管等領(lǐng)域。錫摻雜氧化銦（ITO）薄膜是目前比較成熟的透明導(dǎo)電氧化物薄膜之一。但由于自然界In、Sn儲(chǔ)量少和ITO薄膜在氫等離子體中不穩(wěn)定等特點(diǎn)在一定程度上限制其應(yīng)用。相比于 ITO薄膜，鋁摻氧化鋅（AZO）薄膜具有成本低、無(wú)毒、氫等離子體環(huán)境中穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是ITO薄膜最有可能的替代者。但是目前AZO薄膜的電導(dǎo)率與ITO薄膜還有一定的差距，最近

2、理論和實(shí)驗(yàn)研究表明：在AZO薄膜中摻入H可以提高薄膜的電導(dǎo)率。目前H-AZO薄膜的制備主要集中在射頻磁控濺射方法，而采用直流磁控濺射方法制備H-AZO薄膜的研究較少。因此本文采用直流磁控濺射技術(shù)制備H-AZO薄膜。另外H-AZO薄膜光電性能的穩(wěn)定性對(duì)于其在光電器件等方面的應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一個(gè)值得研究的課題。
　　一、本文采用直流磁控濺射鍍膜技術(shù)制備H-AZO薄膜，研究H2流量和襯底溫度對(duì)薄膜性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：
　　H2流量

3、對(duì)H-AZO薄膜性能的影響：
　?。?）適量的H2使H-AZO薄膜的（103）衍射峰峰強(qiáng)有所增加，平均晶粒尺寸增大，薄膜的晶化率有所提高。
　?。?）H2引入后，薄膜晶粒凝聚在一起，薄膜更加致密，表面出現(xiàn)了明顯的凹坑。
　　（3）H2的引入對(duì)H-AZO在可見光區(qū)域的透光率影響比較小，平均透光率保持在90％以上，H-AZO薄膜的光學(xué)帶隙值增加。
　?。?）H2的引入對(duì)AZO薄膜的電導(dǎo)率有顯著的提高，電阻率由1.5×

4、10-3Ω?cm降低到4.69×10-4Ω?cm，主要原因歸結(jié)為載流子濃度的增加，由2.83×1020cm-3提高到7.68×1020cm-3。載流子濃度增加的原因是（ⅰ）H在AZO中以Hi和HO的形式摻入到AZO中增加載流子的濃度，扮演施主的角色。（ⅱ）H2的引入促進(jìn)了Al元素的摻雜。
　　襯底溫度對(duì)H-AZO薄膜性能的影響，在襯底溫度100~200℃的變化范圍內(nèi)，隨著襯底溫度的升高：
　?。?）H-AZO薄膜的（103）

5、衍射峰增強(qiáng)，平均晶粒尺寸最大，薄膜的結(jié)晶性提高。
　?。?）薄膜的電阻率降低，在襯底溫度200℃時(shí)最低，電阻率為5.0×10-4Ω?cm，原因是隨著襯底溫度的升高，薄膜的晶化度提高，載流子遷移率增加。
　?。?）薄膜在可見光區(qū)域的透光率提高，對(duì)薄膜光學(xué)帶隙沒有影響，光學(xué)帶隙值大約為3.8ev。
　　二、將制備的優(yōu)質(zhì)H-AZO薄膜在真空環(huán)境中做退火處理，研究不同退火溫度對(duì)H-AZO薄膜光電性能熱穩(wěn)定性的影響。
　　

6、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：
　?。?）200℃、300℃退火之后，H-AZO薄膜的電阻率基本保持不變，當(dāng)退火溫度為400℃時(shí)，在退火0~120min時(shí)間內(nèi)，H-AZO薄膜的電阻率由退火前的4.69×10-4Ω?cm升高到1.43×10-3Ω?cm；載流子濃度有顯著的降低，從退火前的7.7×1020cm-3減小到3.8×1020cm-3，電子的遷移率也有明顯的下降趨勢(shì)，從退火前的17.4 cm2/(V·S)減小到11.4 cm2/(V·S)。分

7、析認(rèn)為400℃退火薄膜電學(xué)性能惡化的原因是在退火的過(guò)程中Hi、HO的脫附使薄膜的載流子濃度減?。籋-AZO薄膜遷移率的減小是由于H的脫附，薄膜的結(jié)晶性下降所導(dǎo)致。說(shuō)明溫度低于300℃時(shí)，H-AZO薄膜的電學(xué)性能相對(duì)穩(wěn)定。
　?。?）不同的退火溫度對(duì)H-AZO薄膜在可見光區(qū)域的透光率沒有影響，退火前后樣品的透光率保持在90%以上，400℃退火之后由于載流子濃度的下降使薄膜的光學(xué)帶隙值有所減小。
　?。?）200℃退火之后，對(duì)薄