制备条件对铝掺杂氧化锌（AZO）薄膜结构和电学 - 影像科学与光化学.PDF

　第２７卷　第６期 影 像 科 学 与光 化 学 Ｖｏｌ．２７　Ｎｏ．６　 　２００９年１１月 ＩｍａｇｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＰｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｎｏｖ．，２００９　 檭檭檭檭檭殐 檭 殐 檭 殐檭 研究论文殐檭 檭檭檭檭檭 制备条件对铝掺杂氧化锌（ＡＺＯ）薄膜 结构和电学性质的影响 １，２ １ 张天宝 ，李金培 （１．中国科学院理化技术研究所，北京 １００１９０；２．中国科学院研究生院，北京 １０００４９） 摘　要：本文利用溶胶凝胶法在玻璃基底上制备得到了ＡＺＯ透明导电薄膜， 就两种不同的热处理退火方式对薄膜的结构与性质的影响做了比较，研究了掺 杂浓度、退火温度对薄膜结构及性质的影响规律．结果表明，高温、分层退火、铝 掺杂均有利于生成结晶度高、具有Ｃ轴优先取向的ＡＺＯ薄膜；高温和分层退火 有利于晶粒长大，相反铝掺杂却有碍晶粒长大；薄膜的电学性质随退火温度和 铝掺杂量的变化呈现规律的变化．通过分析ＡＺＯ薄膜内的晶体生长过程，本文 认为主要是制备条件和ＡＺＯ晶体的晶面习性导致了薄膜的结晶度、晶体生长取 向性和晶粒尺寸等方面的差异． 关 键 词：溶胶凝胶；铝掺杂氧化锌薄膜；掺杂；热处理；退火 文章编号：１６７４０４７５（２００９）０６０４５２１０　　中图分类号：Ｏ６４　　文献标识码：Ａ ＺｎＯ是一种宽禁带 ＶＩ族半导体材料，室温下带隙宽度为３．３７ｅＶ，在可见光区具 Ⅱ 有高的透光率，同时有高的压电常数、较大的光电耦合系数和室温下较高的激子束缚能 （６０ｍｅＶ）．近年来，由于氧化锌基的薄膜在太阳能电池、气敏传感器、光波导器件、表面声 学装置及压电传感器和变阻器方面的应用潜力，使得它倍受研究人员的关注．此外掺杂 的氧化锌薄膜由于其优良的光学性质和电学性质，以及原材料的廉价和无毒被认为是传 统透明导电薄膜（ＩＴＯ）的最佳替代品．目前作为透明导电薄膜的氧化锌基薄膜主要以掺 杂 Ａ元素Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ和Ｇａ为主，其中铝掺杂氧化锌（Ａｌｕｍｉｎｕｍｄｏｐｅｄｚｉｎｃｏｘｉｄｅ，ＡＺＯ）薄 Ⅲ 膜研究较多． ［１］ ［２］ ［３６］ 制备ＡＺＯ薄膜的方法主要有磁控溅射法 、脉冲激光沉积法 、溶胶凝胶法 、化 ［７］ ［８］ 学气相沉积法 、喷涂热分解法 等．其中溶胶凝胶法是一种绿色的化学方法，它由于 无需真空设备，工艺简单，因而大幅降低制作成本，适于批量生产；溶胶凝胶法后处理温 度低，适合于多种衬底，生成的薄膜均匀性好，对衬底的附着力强；此外该法易于控制 收稿日期：２００９０５３１；修回日期：２００９０７１６．通讯联系人：李金培，Ｅｍａｉｌ：ｊｐｌｉ＠ｍａｉｌ．ｉｐｃ．ａｃ．ｃｎ． 作者简介：张天宝（１９７６），男，博士研究生，从事氧化锌薄膜材料的制备与性质研究，Ｅｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｔｂ＠ｍａｉｌ．ｉｐｃ．ａｃ．ｃｎ． ４５２ 　 　第６期 张天宝等：制备条件对铝掺杂氧化锌（ＡＺＯ）薄膜结构和电学性质的影响 　　４５３ 薄膜组分，可以在分子水平控制掺杂，尤其适合于制备掺杂水平要求精确的薄膜，所以被 大家认为是一种非常合适的制备ＡＺＯ薄膜的方法． 溶胶—凝胶法制备ＡＺＯ薄膜方面的工作已经有大量的文献报道［３６，９，１０］．从文献报道 结果来看，改变掺杂物浓度、薄膜的干燥与退火温度等均能明显改变ＡＺＯ薄膜的导电性 质．但是，究竟铝离子掺杂浓度多少最合适，不同的作者有不同的回答；最合适的前处理