中频脉冲磁控溅射ZnO Al 透明导电膜工艺参数对材料性能的影响

《中频脉冲磁控溅射ZnO Al 透明导电膜工艺参数对材料性能的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第四届全国磁性薄膜与纳米磁学会议论文集225中频脉冲磁控溅射ZnO:Al透明导电膜工艺参数对材料性能的影响11221王雅欣孟凡斌薛俊明周祯华李养贤1.河北工业大学材料学院信息功能材料研究所，天津，3001302.南开大学光电子所，天津，300071本文研究了利用中频脉冲磁控溅射法和Zn：Al合金靶反应溅射制备ZnO:Al透明导电膜时，工作气压、靶电压、O2/Ar、本底真空度等参数对材料性能的影响。通过XRD、Hall、分光光度计等方法，对制备薄膜的结构及光电特性进行分析，找到最佳的工艺参数：工作气压0.6Pa，靶电压265V，O2/Ar随沉积速率改变

2、，本底真空度尽量大。关键词：中频脉冲磁控溅射，工作气压，载流子浓度，透过率，电导率1引言[1]ZnO:Al薄膜因其具有低价格、良好的光学电学性能，尤其是作为太阳能电池的透明电极所具有的明显优势,目前已成为研究TCO薄膜的热点。[2-4][5]ZnO:Al薄膜的制备方法很多,主要有：溅射法、金属有机化学汽相沉积法（MOCVD），反应[6]离子镀法、溶胶—凝胶法，真空反应蒸发法、高温热解喷涂法等，其中磁控溅射法是采用较多的[7]一种方法。与传统直流磁控反应溅射相比，新型的中频脉冲直流磁控溅射工艺可以通过调节各脉冲参数，来消除溅射过程中的弧光打火和靶中毒现

3、象，降低溅射电压，从而减少损伤，大大提高工艺稳定性和薄膜质量。作为透明电极使用的ZnO:Al薄膜，最大限度地提高其光透性和导电性是关键。通过优化溅射工艺参数，可以很大程度上改善薄膜结构及光电特性，提高薄膜的质量。2实验本文实验用的中频脉冲直流电源为美国AE公司(AdvancedEnergy)的Sparclev溅射专用电源，溅射靶材为掺杂2（wt％）Al的Zn：Al合金靶，面积为300×100，磁场为常规椭圆形，靶到基片的距离约为5cm左右，功率为140W，衬底温度为140℃，频率为20KHz。利用GTP-S型激光椭偏仪测量ZnO:Al薄膜厚度，使用V

4、SU2-P分光光度计来测量薄膜的透过率和反射率，HL5550PCLiquidNitrogenCryostat型霍尔测试仪用来测量薄膜的霍尔迁移率和载流子浓度。测量结构特性使用X’PertMPD型X射线衍射仪。3结果与讨论3.1气压的影响如图1所示，随着工作气压的降低，反应速度加快，沉积速率基本呈现上升趋势。当工作气压为0.6Pa时薄膜的电阻率最小，导电性能最好。通过Hall测试结果（如图2所示）可以验证这一点，当工作气压为0.6Pa时，载流子浓度最大，此时薄膜的导电性能最好。对于0.7Pa这一点,电阻率突然升高，是由于氧通量出现问题导致的。226第四

5、届全国磁性薄膜与纳米磁学会议论文集0.00262800thickness(A)）5.4-32600resistivity（Ω*cm）5.2）cm24000.0024m205.0*c）A2200Ω04.8（（*1s20000.0022ity（4.6vnesionk1800stiat4.4csitr1600Reen4.2Thi0.0020c14004.0conr3.81200rrie0.00183.60.10.20.30.40.50.60.70.80.9Ca0.10.20.30.40.50.60.70.80.9Pressure（Pa）Pressure（P

6、a）图1工作气压对薄膜厚度和电阻率的影响图2气压对霍尔迁移率和载流子浓度的影响薄膜透过率随波长的变化曲线（如图3所示）。在可见光区，气压的变化对薄膜的光透过率影响不是很大，在0.6Pa时，透过率相对较大。由于薄膜的厚度不同，所以干涉的影响较大。10080）（％60ce0.85Pa0.7Paittan400.6Pa0.4Paansmr200.2PaT00.40.60.81.01.21.41.61.82.0Wavelength(um)图3气压对薄膜透过率的影响图4为薄膜的XRD测试结果，可以看到ZnO:Al薄膜具有单一的择优取向，在（002）面出现一个强

7、度很大的衍射峰。随着工作气压的降低，薄膜厚度增加，衍射峰的强度随之增加。当工作气压为0.6Pa时薄膜的衍射峰半高宽值最小（如图5所示），此时薄膜的晶化程度最好。0.485000.85Pa0.460.7Pa4000.6Pa0.4Pa0.440.2Pa)300(°ity0.85Pa0.42sHM200IntenFW0.401000.3800.2Pa0.360.10.20.30.40.50.60.70.80.9203040506070802θ(°)Pressure（Pa）图4不同工作气压下，薄膜的x-ray衍射图图5气压对（002）面衍射峰半高宽的影响第四

8、届全国磁性薄膜与纳米磁学会议论文集227当工作气压较高时，碰撞增多，粒子运动的平均自由程减小，到达基片表面时