掺铝氧化锌薄膜制备方法.doc

课程名称：现代制备技术 题 目：掺铝氧化锌薄膜制备方法 任课老师： 学生姓名： 学 号： 专 业： 完成时间：2012年1月5日 成 绩： 掺铝氧化锌薄膜制备方法 姓名： 学号： 专业： 摘要：本文介绍了掺铝氧化锌薄膜（AZO）的五种制备方法及这五种方法存在的优缺点。这五种方法分别是磁控溅射法，溶胶-凝胶法，电子束蒸发法，金属有机化学相沉积法，脉冲激光沉积法。 关键词： AZO；薄膜制备 1 引言 目前，AZO薄膜的研究发展迅速，其光电特性能与ITO薄膜相比拟，被认为是21世纪最具有潜力的功能薄膜之一。很多学者对AZO薄膜的结构及光电特性做了大量的实验研究工作。本文叙述了AZO薄膜制备方法中比较典型的几种，分别为磁控溅射法，溶胶-凝胶法，电子束蒸发法，金属有机化学相沉积法，脉冲激光沉积法。 2 制备方法 2.1 磁控溅射法 磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar 来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。 磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。入射粒子在靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程。在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量，离开靶被溅射出来。 磁控溅射法是利用一定能量的正离子轰击靶材上的原子的原理来沉积薄膜的方法。Li Xueyong等[1]利用该方法制备出可见光制备率达到86%的AZO薄膜。Jiang Minhong等[2]利用该方法在一定的工艺条件下制备出电阻率达到Ω?cm 量级的AZO薄膜。磁控溅射法具有沉膜质量好、沉积温度低、沉积速率快，衬底与薄膜的黏附性好、蛇和工业化生产等优点，但设备昂贵。寻找降低成本的方法需要进一步研究。 2.2 溶胶-凝胶法（Sol-Gel法） 溶胶-凝胶法(Sol-Gel法，简称S-G法)就是以无机物或金属醇盐作前驱体，在液相将这些原料均匀混合，并进行水解缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化，胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。 溶胶．凝胶法就是将含高化学活性组分的化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法。近年来，溶胶．凝胶技术在玻璃、氧化物涂层和功能陶瓷粉料，尤其是传统方法难以制备的复合氧化物材料、高临界温度(P)氧化物超导材料的合成中均得到成功的应用 图2 溶胶-凝胶法工艺流程图 溶胶-凝胶（Sol-gel）利用原料在液相中混合形成溶胶并沉化聚合形成呈网络结构的凝胶进而制备薄膜。有多个研究组[3-5]利用此法制备了AZO薄膜。溶胶-凝胶法成膜均匀、设备简单、适于大规模生产，制备出的薄膜可见光透射率达到90%，但制备过程不可避免地造成液相污染，使得杂志含量较高，且制备出的薄膜不够致密，致使电阻率仅为Ω?cm 量级，需要摸索出更优的工艺条件。 2.3 电子束蒸发法 电子束蒸发：将蒸发材料置于水冷坩埚中，利用电子束直接加热使蒸发材料汽化并在衬底上凝结形成薄膜，电子枪由电子束聚焦方式的不同分类：直式电子枪环枪（电偏转） e形枪（磁偏转） 。图3是e形枪的设备图。 图3 e形枪 电子束蒸发法利用被阳极加速获得的动能的热电子轰击处于阳极的蒸发材料，使材料气化从而沉积镀膜。郭爱云等[6]用电子束蒸发法制备AZO薄膜用以研究沉积的薄膜厚度、成绩速率等参数对AZO薄膜性能的影响。电子束蒸发法蒸发沉积速率较快，但电子枪发出的一次电子的蒸发材料表明发出的二次电子会使蒸发原子和残余气体电子分离，有可能影响薄膜质量。 2.4 金属化合物化学气相沉积法（MOCVD） ＭＯＣＶＤ反应为一非平衡状态下成长机制，其原理为利用有机金属化学气相沉积法ｍｅｔａｌ－ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉ