不同缓冲层对柔性AZO薄膜光电性能的影响
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azo靶材镀膜参数【实用版】目录一、什么是 AZO 靶材二、AZO 靶材的特性三、AZO 靶材的镀膜参数四、AZO 靶材的应用领域正文一、什么是 AZO 靶材AZO(Aluminum Zinc Oxide,氧化铝锌)靶材是一种用于制造透明导电薄膜的重要材料。
它具有良好的导电性、高透光率和良好的耐候性,因此在许多领域都有广泛的应用。
二、AZO 靶材的特性AZO 靶材的主要特性包括:1.良好的导电性:AZO 靶材具有优良的导电性,可以提供高导电率的透明导电薄膜。
2.高透光率:AZO 靶材具有高透光率,可以提供高透光率的透明导电薄膜。
3.良好的耐候性:AZO 靶材具有良好的耐候性,可以提供耐候性能优良的透明导电薄膜。
三、AZO 靶材的镀膜参数AZO 靶材的镀膜参数主要包括:1.靶材成分:AZO 靶材的主要成分是氧化铝和锌。
2.靶材形状:AZO 靶材的形状可以是片状、棒状或粉末状。
3.靶材尺寸:AZO 靶材的尺寸可以根据需要进行定制。
4.靶材的纯度:AZO 靶材的纯度越高,制造出的透明导电薄膜的性能越优良。
5.靶材的电阻率:AZO 靶材的电阻率越低,制造出的透明导电薄膜的导电性越好。
四、AZO 靶材的应用领域AZO 靶材的应用领域主要包括:1.触摸屏:AZO 靶材可以制造出高导电率、高透光率的透明导电薄膜,广泛应用于触摸屏领域。
2.太阳能电池:AZO 靶材可以制造出高导电率、高透光率的透明导电薄膜,可以提高太阳能电池的光电转换效率。
3.电子窗户:AZO 靶材可以制造出高透光率、低反射率的透明导电薄膜,可以应用于电子窗户领域。
小研透明导电氧化物薄膜的分析1 引言透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide,TCO)薄膜既是金属氧化物又是半导体薄膜材料,也属于光学材料,具有禁带宽、可见光谱区学透射率高和电阻率低等共同光电特性。
透明导电氧化物薄膜最早出现在20 世纪初,1907 年Badeker[1]首次制备出CdO 透明导电薄膜,1950 年前后出现了SnO2 基和In2O3 基透明导电薄膜,ZnO 基透明导电薄膜兴起于20世纪80 年代。
目前透明导电氧化物薄膜主要包括In、Sb、Zn 和Cd 的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料。
即In2O3、SnO2、ZnO、CdO 及其掺杂体系In2O3:Sn(ITO)、In2O3:Mo(IMO)、SnO2:Sb(ATO)、SnO2:F(FTO)、ZnO:Al(AZO)、CdO:In 等。
这类透明导电薄膜都是通过半导体掺杂贡献载流子来降低其电阻率。
它们的基本特点包括:宽禁带值,一般超过3.0eV,因此也具有紫外截止特性;高的可见光透过率,不小于80%;较低的电阻率,低于10-3Ω·cm。
透明导电氧化物薄膜因其既透明又导电的优异性能而得到广泛的应用。
利用TCO 薄膜可见光透过率高的特性可用于平面液晶显示(LCD)、电致发光显示(ELD)、电致彩色显示(ECD)、太阳能电池透明电极等领域[2,3];利用TCO 薄膜对光波的选择性(对可见光的透射和对红外光的反射)可用作热反射镜,对寒冷地区的建筑玻璃窗起热屏蔽作用,节省能源消耗;利用TCO 薄膜透明表面发热器的功能可用于汽车、飞机等交通工具的玻璃窗上、防雾摄影机镜头、特殊用途眼镜和仪器视窗上形成防雾除霜玻璃[4]。
列出的是透明导电氧化物薄膜的基本特性。
这些材料属于n 型简并半导体,由施主如氧空位和掺杂金属离子等提供约1020cm-3 浓度的自由电子。
2 透明导电氧化物薄膜的制备方法透明导电氧化物薄膜的制备工艺种类繁多。
V、Mn掺杂Zn0薄膜的掺杂特性及制备工艺研究摘要:本文采用溶胶-凝胶法制备掺杂Mn的ZnO薄膜,并直流磁控溅射V掺杂的ZnO薄膜,研究Mn、V掺杂浓度以及制备工艺对于ZnO薄膜微观组织和电学性能的影响。
研究发现,溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜,最佳热处理温度为450℃前烘和700℃退火处理结合。
掺杂ZnO薄膜结构显示,Mn、V离子部分替代Zn离子进入ZnO晶格的内部。
Mn掺杂ZnO薄膜浓度约为1%时,或V元素掺杂浓度为2%时,ZnO薄膜中的(002)晶向的衍射峰最强,显示出一定的C轴择优生长性。
关键词:ZnO薄膜溶胶-凝胶法Mn掺杂V掺杂ZnO作为一种多功能氧化物材料,在光电、压电、热电、铁电、铁磁等多个领域都具有优异的性能。
ZnO具有六角纤锌矿结构,晶格结构相对开放,外来掺杂物容易进入ZnO的晶格,当外来元素进入ZnO晶格结构中,会改变ZnO的能带结构,从而产生一些新的物理现象。
目前对于ZnO的研究主要有以下几个方向:(1)ZnO薄膜制备工艺,改善工艺条件、选取合适的外延层和缓冲层材料以获得优质薄膜。
(2)对ZnO薄膜进行掺杂改性,如Mn[1]、Co、Mg、Ti、V[2]等。
(3)通过掺杂(如Zn,Cd[3]等),调节ZnO的带隙宽度,实现受激辐射并发光[4]。
(4)ZnO薄膜的P型掺杂,获得优质ZnO:p-n结[6]。
该文将探究溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜的最佳工艺制备温度,并研究Mn和V掺杂浓度对ZnO薄膜结构和C轴取向性的影响。
1 ZnO溶胶-凝胶法制备热工艺研究1.1 实验本节使用溶胶-凝胶法制备Mn掺杂ZnO薄膜[6]。
溶胶-凝胶体系以二水合醋酸锌为前驱体,锰掺杂体系为四水合醋酸锰,溶剂为无水乙醇,乙醇胺为稳定剂,乙二醇为增稠剂。
基底材料采用硅双面抛光片,N型掺杂,晶向为〈100〉±0.5°。
常温下,将水合醋酸锌以及水合醋酸锰加入烧瓶,注入乙醇后进行磁力搅拌,加入同摩尔数的乙醇胺和乙二醇。
铟矿资源报道之二——铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池行业一、薄膜电池行业概述由于晶体硅电池成本长期处于高位,业内一直通过提升电池转换效率、降低硅片切割厚度等技术来降低成本。
与此同时,薄膜电池作为第二代太阳能电池逐渐受到行业关注并增长迅速。
图1:光伏电池分类关于光伏电池未来的发展趋势:晶体硅电池随着工艺的不断改进、成本的持续下降,短期内依然处于主导地位。
而薄膜涂层电池由于其低成本的特点,其在转换效率方面还有提升的空间,未来市场份额势必会有明显的增长。
而从市场预测情况来看,未来薄膜电池中CIGS薄膜电池的增速最为明显。
1 CIGS 薄膜电池概况CIS是CuInSe2的缩写,是一种Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元化合物半导体材料。
由于它对可见光的吸收系数非常高,所以是制作薄膜太阳电池的优良材料。
以P型铜铟硒(CuInSe2)和N型硫化镉(CdS)做成的异质结薄膜太阳电池具有低成本,高转换效率和近于单晶硅太阳电池的稳定性。
近年研究将Ga替代CIS材料中的部分In,形成CuIn1-xGaxSe2(简称CIGS)四元化合物。
由ZnO/CdS/CIGS结构制作的太阳电池有较高的开路电压,转换效率也相应地提高了许多。
CIGS电池在实验室已经达到19.9%的转换率,远高于其他薄膜电池。
二、CIGS薄膜电池优势1 薄膜电池的低成本优势所在,相对于晶硅电池材料成本便宜薄膜电池相对于晶硅电池最大的优势在于成本,在前几年多晶硅价格处于高位的时候,薄膜电池的成本优势更为明显。
通过我们前面的分析也可以看出,即使在近期多晶硅大幅下降的情况下,薄膜电池的成本优势依然明显。
CIGS薄膜电池具备相对于晶硅电池的成本优势,CIGS电池采用了廉价的玻璃做衬底,采用溅射技术为制备的主要技术,这样Cu,In,Ga,Al,Zn的耗损量很少。
而对大规模工业生产而言,如能保持比较高的电池的效率,电池的价格以每瓦计算会比相应的单晶硅和多晶硅电池的价格低得多。
另外,我们前面一直讨论的是光伏电站的初始建站成本,实际薄膜电池的弱光效应是其由于晶硅电池的另一大优势。
衬底温度和Al3+掺杂浓度对ZnO透明导电膜性能的影响[摘要] 本文利用喷雾热解法制备掺Al的ZnO透明导电膜,研究了不同衬底温度和Al3+的掺杂浓度,对其光学性能和电学性能的影响。
得出在目前实验条件下,适宜掺Al的ZnO透明导电膜生长的温度和掺杂浓度。
[关键词] ZnO 透明导电膜喷雾热解法ZnO是一种新型的直接带隙的宽禁带半导体材料,在信息领域有着重要的应用。
ZnO薄膜具有生长温度低、激子束缚能高(60 meV)等优点,可用来制作各种发光二极管、短波长激光器、发光显示器件、高速光开关和光探测器等光学器件,已成为国内外研究的新热点。
制备ZnO薄膜的方法有许多种,如脉冲激光沉积法(PLD) 、化学气相沉积法(CVD) 、分子束外延(MBE)、磁控溅射法、溶胶—凝胶法(sol-gel )、低温液相生长、薄膜氧化法和喷雾热分解法等[1~3]。
而喷雾热解法与其他方法相比,具有设备工艺简单,可在较低温度下大面积沉积薄膜,并可有效控制薄膜成分及其微观结构等优点[4,5]。
本实验尝试使用喷雾热解法制备透明导电膜,并对起其光学性能和电学性能进行研究。
1试验方法1.1实验准备实验前,凡实验所用的玻璃仪器均需洗净后用去离子水清洗干净,并于烘箱中干燥备用;将衬底先用乙醇去除油污,擦拭干净后放置于丙酮溶液中用超声波清洗5分钟,取出后用去离子水冲洗,然后将衬底用浓硫酸和双氧水混合液,取出后反复用去离子水清洗干净,而后放入去离子水中待用。
1.2薄膜的制备过程分别配制出乙酸锌浓度为0.1 mol/L,硝酸铝掺杂浓度分别为1at%、3at%、5at%的溶液加入喷雾发生器的容器中。
打开电源,先将喷雾器里面空气排净,大概喷3-5 min左右;将控温台电源打开,将温度分别设定在400℃、450℃和500℃,并将准备好的玻璃片放置在恒温台上,当温控表上显示的温度稳定后,将喷雾发生器的铜管口对准玻璃片的中心部位,开始喷雾,30min后,将喷雾发生器的电源关掉。
LSMO缓冲层对PTZT铁电薄膜性能的影响杨卫明;彭刚;李建军;于军【期刊名称】《华中科技大学学报:自然科学版》【年(卷),期】2008(36)8【摘要】采用射频磁控溅射法在Pt/TiOx/SiO2/Si基片上制备了以La2/3Sr1/3MnO3(LSMO)为缓冲层的Pb1.2(Ta0.01Zr0.3Ti0.69)O3(PTZT)薄膜,研究了LSMO层及沉积温度对PTZT薄膜性能的影响.XRD分析表明直接在基片上和在300℃沉积的LSMO缓冲层上生长的PTZT薄膜均为随机取向,而在600℃沉积的LSMO缓冲层上生长的PTZT薄膜为(111)择优取向.铁电特性分析表明LSMO缓冲层明显改善了PTZT薄膜的性能:在600℃沉积的LSMO缓冲层上制备的PTZT薄膜电容在5 V电压(电场约125 kV/cm)下具有饱和电滞回线,剩余极化Pr、矫顽场Ec分别为50.5μC/cm2和55 kV/cm;其疲劳特性也得到了显著改善.【总页数】3页(P56-58)【关键词】电子材料;铁电薄膜;射频磁控溅射;铁电性能【作者】杨卫明;彭刚;李建军;于军【作者单位】华中科技大学电子科学与技术系【正文语种】中文【中图分类】TN304【相关文献】1.自缓冲层对Bi4Ti3O12铁电薄膜结构和性能的影响 [J], 张宇;左长明;王小平;宋晓科;姬洪2.自缓冲层对Bi4Ti3O12铁电薄膜结构和性能的影响 [J], 张宇;左长明;王小平;宋晓科;姬洪3.用SiO2气凝胶做隔热层的铁电薄膜红外探测器性能与铁电薄膜层厚度的关系[J], 林铁;孙璟兰;孟祥建;马建华;石富文;张晓东;汪琳;陈静;褚君浩FeO3缓冲层对BaTiO3铁电薄膜电学性能的调控∗ [J], 陈周宇; 杨志斌; 刘文燕; 杨琼; 姜杰; 周益春FeO3缓冲层对BaTiO3铁电薄膜电学性能的调控 [J], 陈周宇; 杨志斌; 刘文燕; 杨琼; 姜杰; 周益春因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
Material Sciences 材料科学, 2018, 8(6), 718-725 Published Online June 2018 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/ms https://doi.org/10.12677/ms.2018.86085
文章引用: 陈甲, 李林骏, 张力江, 束智杰, 陈成, 陆慧. 不同缓冲层对柔性AZO薄膜光电性能的影响[J]. 材料科学, 2018, 8(6): 718-725. DOI: 10.12677/ms.2018.86085
Influence of Different Buffer Layers on the Optoelectronic Properties of AZO Thin Films
Jia Chen, Linjun Li, Lijiang Zhang, Zhijie Shu, Cheng Chen, Hui Lu* College of Science, East China University of Science and Technology, Shanghai
Received: May 13th, 2018; accepted: May 27th, 2018; published: Jun. 8th, 2018
Abstract AZO films with TiO2, SnO2 and ZnO buffer layers were deposited on flexible PET substrates by in-termediate frequency reaction magnetron sputtering method at room temperature. The effects of different buffer layers and Ar/O2 gas ratio on the electrical and optical properties of AZO films
were investigated by Hall effect and UV-Vis spectrophotometer analysis. The results indicated that all the buffer layers improve the electrical properties of the flexible AZO thin films. The AZO thin film with SnO2 buffer layer deposited Ar/O2 ratio of 5:1 exhibits a significant decrease in the resis-
tivity and the average optical transmittance of more than 85% in the visible range.
Keywords Magnetron Sputtering, AZO Thin Films, PET Substrate, Buffer Layer, Electrical and Optical Properties
不同缓冲层对柔性AZO薄膜光电性能的影响 陈 甲,李林骏,张力江,束智杰,陈 成,陆 慧* 华东理工大学理学院,上海
收稿日期:2018年5月13日;录用日期:2018年5月27日;发布日期:2018年6月8日
摘 要 采用中频反应磁控溅射法在柔性PET衬底上分别添加TiO2、SnO2
和ZnO等缓冲层,室温沉积了掺杂铝的
氧化锌薄膜(AZO)。通过对薄膜Hall性质分析以及紫外–可见光吸收特性分析,研究了不同缓冲层以及反应溅射氩氧比对薄膜性能的影响,获得优化的参数。研究结果表明,添加缓冲层可以有效改善柔性AZO
*通讯作者。 陈甲 等 DOI: 10.12677/ms.2018.86085 719 材料科学
薄膜的电学性质,在SnO2
缓冲层上5:1氩氧比下生长的柔性AZO薄膜光电性能提高最为显著,薄膜电阻
率大幅降低,可见光区域平均透过率超过85%。
关键词 磁控溅射,AZO薄膜,PET衬底,缓冲层,光电性质
Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
1. 引言 透明导电氧化物(transparent conducting oxide——简称TCO)薄膜主要包括In、Sn、Zn和Cd等的氧化物半导体薄膜及其掺杂体系,因其同时具备高的直流导电性和优良的可见光透过性,是信息产业中不可缺少的材料。在目前的TCO薄膜中,以锡掺杂的氧化铟(ITO)薄膜和铝掺杂的氧化锌(AZO)薄膜最具代表性,其中ITO薄膜以其高导电性成为广泛应用的透明电极材料。但是ITO薄膜需要高温生长,限制了其在柔性显示器等领域的应用,此外,因其含有稀散贵金属铟,故而成本较高。而氧化锌的性能独特,无毒且化学稳定性高,原料丰富、价格低廉,近二十多年来赢得人们极大的关注。ZnO掺Al薄膜(AZO)也被认为是一种最有希望替代ITO的材料[1] [2]。 随着硬质基底上沉积技术的成熟,新型柔性半导体薄膜器件成为人们关注的焦点。在柔性基片(flexible substrate)上生长的TCO薄膜,既保留了玻璃基片透明导电膜的光电特性,同时具备可弯曲、不易破碎、重量轻、耐冲击、耐腐蚀、易于大面积生产和运输等独特的优点,可广泛应用于制造柔性发光器件、可折叠液晶显示器、柔性衬底非晶硅太阳能电池,以及“电子纸”等各种高效的便携式商务电子设备,在各种柔性电子器件中有着更为广泛的产业化前景[3] [4] [5] [6] [7]。目前,国内外研究者已经在PET、TPT、PPR、PES、PC等多种有机衬底上成功制备了柔性ZnO基TCO薄膜[8] [9] [10] [11] [12],其中PET(柔性聚乙烯对苯二甲酯)因其具有低化学活性和高光学透过率而成为最常用的柔性衬底材料之一。但是,由于有机柔性衬底不耐高温,在很大程度上限制了薄膜光电性能的优化及应用。因此,除了发展柔性薄膜的低温制备技术外,寻求合适的柔性衬底表面处理对改善薄膜结构、提高薄膜性能具有重要的意义[13] [14] [15]。 本文采用中频反应磁控溅射技术在柔性PET衬底上室温低功率沉积了Al掺杂ZnO(AZO)薄膜,通过在PET衬底上分别引入TiO2、SnO2、ZnO等氧化物半导体缓冲层,有效提高了柔性AZO薄膜的光学、
电学性能,分析研究了氩氧流量比以及不同缓冲层对薄膜性能的影响效应。 2. 实验过程
本文采用JCP-200中频磁控溅射系统通过反应溅射法制备AZO薄膜,靶材为掺Al重量比2%的纯Zn靶,靶厚度为4 mm,直径为50.5 mm。制备氧化物缓冲层的靶材分别为同样厚度和直径的纯度99.99%的Ti靶、Sn靶、和Zn靶。柔性PET衬底依次经过丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗。实验中的本底压强为10−4 Pa,以高纯度的氩气和氧气分别作为溅射的工作气体和反应气体,利用I308-2B/ZM型气体
流量计可以分别精确控制氩气和氧气的流量,溅射总压强保持在0.2~0.5 Pa。溅射的靶材粒子与活化的氧反应,在基板上沉积出氧化物薄膜。 陈甲 等 DOI: 10.12677/ms.2018.86085 720 材料科学
薄膜沉积过程中调节控制的工艺参数主要有:衬底温度、氩氧流量比、溅射功率以及溅射时间等。以反应磁控溅射法在有机柔性PET衬底上沉积AZO薄膜时,提高基底温度或增加溅射功率均会导致柔性PET衬底因温度上升而发生弯曲变形,因此本文在室温和低溅射功率下进行AZO柔性薄膜的制备,通过改变氩氧流量比以获得不同性质的柔性AZO薄膜样品。所研究薄膜样品的制备条件如表1所示。实验时,先以同一制备条件在PET上沉积缓冲层,沉积时间10 min;然后在缓冲层上制备AZO薄膜,膜厚采用FTM106型晶振仪进行监控和测量。 采用Hall 8800型霍尔效应测试仪测量薄膜的电学性质,包括电阻率、载流子浓度、迁移率等;薄膜的紫外–近红外吸收光谱由UV-V2S-N2R紫外可见分光光度计(CARY-500)测定。 3. 结果与讨论
3.1. AZO薄膜电学性质随氩氧比的变化 通常认为降低氧分压,提高氩氧流量比,可增加氧空位缺陷提高载流子浓度,同时可避免掺杂铝的氧化,有助于降低AZO薄膜的电阻率[16]。然而在过高的氩氧流量比下,成膜空间活化的氧含量太低,无法生成具有一定化学计量比的ZnO,则会导致薄膜的可见光透明性大幅降低。因此,为获得高质量透明导电AZO薄膜,我们在前期工艺参数筛选的基础上,选取工作气体Ar和反应气体O2的流量比为4:1、
5:1、6:1,在表1所示的制备条件下,在PET衬底以及PET添加缓冲层上制备了不同的柔性AZO薄膜。
图1(a)~(d)分别给出不同缓冲层上沉积的AZO薄膜的电阻率(resistivity)、载流子浓度(concentration)和迁移率(mobility)随氩氧流量比的变化曲线。
Figure 1. Electrical resistivity, carrier concentration and hall mobility of AZO thin films with different buffer layers as a function of Ar/O2 ratio. (a) No buffer layer; (b) TiO2 buffer layer; (c) SnO2 buffer layer; (d) ZnO buffer layer
图1. 不同缓冲层的AZO薄膜电学性质随氩氧比的变化。(a) 无缓冲层;(b) TiO2缓冲层;(c) SnO2缓冲层;(d) ZnO缓冲层