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AZO导电薄膜的制备

摘要:综述了AZO导电薄膜的结构、电学性能、光学性能、制备方法及应用。详细介绍

了各种制备技术的优缺点，并指出了AZO薄膜的广阔的应用前景和发展前景。

氧化锌(ZnO)是一种具有六方纤锌矿晶体结构的宽禁带II-VI族半导体材料,由于其

优良的特性,在太阳能电池、紫外探测器、声表面波器件、气敏传感器、透明电极等方面

得到了广泛的应用。氧化锌可以在很宽范围内调节和控制,不同条件下生成的薄膜具有

不同的功能。在氧化锌薄膜中掺入铝、铟、氟等杂质,能有效地提高薄膜的电导率,改善

其性能。掺铝氧化锌(AZO)薄膜是一种透明导电膜,对可见光有较高的透射率,在高温

下不易与氢发生互扩散,因此在活性氢和氢等离子体环境中化学稳定性高,不易使太阳能

电池材料活性降低。AZO膜的材料来源丰富,价格便宜,在太阳能电池、液晶显示和防

静电等领域,有广泛的应用前景。

一．AZO薄膜的结构

用扫描电镜(SEM)研究采用各种技术生长的AZO薄膜的微结构,结果表明:各种

方法制备的AZO膜都为六角棱柱形纤锌矿多晶结构（即六方ZnO结构）。每个Zn原

子和最邻近的4个O原子构成1个四面体结构;同样,每个O原子和最近邻的4个

Zn原子也构成1个四面体结构,如图1所示。工艺不同其多晶结构的主取向也不同,

并会稍微影响其晶格常数。

二．AZO薄膜的电学性能

AZO膜的主要成分是ZnO,其禁带宽度为3.37eV,是一种透光性较好的材料。纯ZnO

薄膜是本征半导体,在一定温度下,总有一些电子获得足够的能量,从价带跃迁到导带,

成为导带的自由电子,同时价带出现等数量的空穴,但由这种激发产生的平衡载流子的

数量很少,所以纯ZnO薄膜的导电性很差,几乎不导电。在ZnO薄膜中掺入浅能级杂质

Ⅲ族元素Al,Al3+离子,能级位于半导体禁带,且靠近导带底。Al的原子半径与格点的

Zn原子半径相近,它将占据晶格格点,与周围元素形成共价键。Al的价电子数比Zn多

一个,出现了弱束缚的电子,这个多余的电子只需要很少一点能量,就可以摆脱束缚并

成为在ZnO薄膜中作共有化运动的自由电子,也就是成为导带中的电子。由于AZO薄

膜导电的非平衡载流子主要是电子,所以AZO薄膜为ｎ型半导体。由于Al原子向导

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带提供电子,所以Al原子为施主杂质。AZO膜的电子载流子浓度为10~10cm,电子

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迁移率为7~10cm/V·s,室温电阻率为10~10Ω·cm,电学稳定性高,在室温下放

置一年以上仍然保持稳定。

三．AZO薄膜的光学性能

由于AZO膜的禁带宽度大于可见光子能量(3.1eV),在可见光照射下不会引起本征

激发,所以它对整个可见光是透明的。可见光区的透射率高达80%~90%,一定程度的

A1掺杂对膜的透射率影响不大。作为一种宽禁带半导体,在AZO薄膜导带上有相当高

的自由电子浓度,高浓度电子将引起可见光和红外区电磁辐射的吸收。人们发现透明导

电膜都存在“蓝移”现象(Burstin-Mosseffect),一般随着掺杂比增大,光吸收边界的“蓝

移”现象越明显。这是因为半导体的能带结构与颗粒尺寸有密切的关系,随着颗粒的减小,

半导体的发光带或者吸光带可由长波长移向短波长,发光的颜色从红光移向蓝光,这就

是半导体的“蓝移”现象。而这种随着颗粒尺寸的减小,能隙变宽发生“蓝移”的现象

是由量子尺寸效应引起的。

四．AZO薄膜的制备方法

ZnO薄膜有多种制备方法,几乎所有的制膜方法都可以用来制备AZO薄膜,为了获

得可见光谱区透射率高、电导率高、性能稳定、附着性好、能符合不同用途不同要求的

高质量的AZO