透明导电膜材料课件.ppt

《透明导电膜材料课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、ZnO：AL透明导电薄膜(TCO)特性研究及应用发展1目录一、膜材料的简介二、ZnO：Al(TCO)薄膜的基本性质三、TCO的实验制备方法四、TCO的检测2一、薄膜材料简介薄膜材料：应用领域：材料科学、能源、信息、微电子工业等;尤其宽禁带半导体光电功能材料，已成为各国研究的重点。研究目的：利用新材料制备具有最佳性能的器件提高生产率，降低成本;发展方向：透明导电薄膜、具有低电阻、高透射率等可作为透明导电窗口.3什么是透明导电膜透明导电薄膜是薄膜材料科学中最重要的领域之一．它的基本特性是在可见光范围内，具有低电阻率，高透射率．目前在气体敏感器，

2、太阳电池，热反射器，防护涂层，透光电极，在高功率激光技术中抗激光损伤涂层，光电化学电池中的光阴极，轨道卫星上温度控制涂层上的抗静电表面层等许多方面得到了广泛的应用．随着这种大面积低成本的廉价薄膜制备技术的发展，将为未来高技术领域的大发展开辟广阔的新天地．4金属化合物薄膜(TCO):泛指具有透明导电性之氧化物、氮化物、氟化物a.氧(氮)化物：In2O3、SnO2、ZnO、CdO、TiNb.掺杂氧化物：In2O3:Sn(ITO)、ZnO:In(IZO)、ZnO:Ga(GZO)、ZnO:Al(AZO)、SnO2:F、TiO2:Tac.混合氧化物：

3、In2O3-ZnO、CdIn2O4、Cd2SnO4、Zn2SnO45透明导电膜的历史1907年最早使用CdO材料为透明导电镀膜，应用在photovoltaiccells.1940年代，以SprayPyrolysis及CVD方式沉积SnOx于玻璃基板上.1970年代，以Evaporation及Sputtering方式沉积InOx及ITO.1980年代，磁控溅镀﹙magnetronsputtering﹚开发，使低温沉膜制程，不论在玻璃及塑胶基板均能达到低面阻值、高透性ITO薄膜.1990年代，具有导电性之TCO陶瓷靶材开发，使用DC磁控溅镀IT

4、O，使沉积制程之控制更加容易，各式TCO材料开始广泛被应用2000年代，主要的透明导电性应用以ITO材料为主，磁控溅镀ITO成为市场上制程的主流6透明导电氧化物（TCO)薄膜有四大体系，较为成熟的In203体系中的In203：Sn（ITO)薄膜已在太阳能电池、液晶显示器、热反射镜和建筑节能涂层等诸多领域获得了广泛的研究和应用。ZnO膜系中的ZnO：AI(ZAO)薄膜具有和IT0薄膜相当的光电性能。且具有原材料储量丰富、价格便宜、无毒性、热稳定性好、制备工艺简单等ITO薄膜所不具备的优势，是当前极具发展潜力的ITO替代者。7二、ZnO薄膜的基

5、本性质几种宽禁带半导体基本性质比较8ZnO为直接带隙的宽禁带半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV,且束缚激子能高达60meV,比室温热离化能26meV大很多。因此，与ZnSe(22meV),ZnS(40meV)和GaN(25meV)相比,ZnO是一种合适的用于室温或更高温度下的紫外光发射材料。表一列出了ZnO和其他宽禁带半导体发光材料的基本性质。具有大的束缚能的激子更易在室温下实现高效率的激光发射。另一方面，ZnO比GaN的生长温度几乎低一倍，这就在很大程度上避免了因高温生长而导致的膜与衬底间的原子互扩散，曾有报道这种互扩散常在膜与衬底

6、的界面形成一个薄的高掺杂n型简并层，极大地影响了整个膜层的电学输运性质。9三、实验方法目前生长ZnO薄膜的方法很多，包括脉冲激光沉积(PLD)，分子束外延(MBE)，金属有机物化学气相沉积(MOCVD)，射频／直流溅射(RF／DCSputtering)，电子束反应蒸(SprayPyrolysis)和溶胶一凝胶法(sol—gel)等。目前用于太阳电池及其组件的ZnO薄膜制备中，国际上主要是磁控溅射和MOCVD技术．利用磁控溅射法制备薄膜太阳电池ZnO薄膜，通常采用AL掺杂得到较低电阻率(～10-4欧姆.厘米)的镜面结构；为应用于太阳电池前电极

7、，溅射后的ZnO薄膜须采取湿法刻蚀才能形成绒面结构，以期获得良好光散射能力10磁控溅射法制备透明导电ZnO薄膜溅射原理：所谓溅射，就是向高真空系统内加入少量所需气体（如氩、氧、氮等），气体分子在强电场的作用下电离而产生辉光放电。气体电离后产生的带正电荷的离子受电场加速而形成为等离子流，它们撞击到设置在阴极的靶材表面上，使靶表面的原子飞溅出来，以自由原子形式与反应气体分子形成化合物的形式沉积到衬底表面形成薄膜层。（也称阴极溅射法）11磁控射频溅射系统结构12磁控射频溅射工作原理洛仑兹力：F=q(E+vB)13真空获得：旋片泵结构及工作原

8、理示意图14真空获得：涡轮分子泵结构示意图15真空测量：热电偶规热偶规工作原理：一对热电偶A、B与一对加热钨丝焊接在一起，在电流恒定不变时，热丝温度取决于管内气体的热导率K，K正