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《襯底溫度對反應(yīng)磁控濺射W摻雜ZnO薄膜的微觀結(jié)構(gòu)及光電性能的影響.pdf》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、物理學(xué)報ActaPhys．Sin．Vo1．61，No．23(2012)238101襯底溫度對反應(yīng)磁控濺射W摻雜ZnO薄膜的微觀結(jié)構(gòu)及光電性能的影響木張翅陳新亮十王斐閆聰博黃茜趙穎張曉丹耿新華(南開大學(xué)，光電子薄膜器件與技術(shù)研究所，光電子薄膜器件與技術(shù)天津市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，光電信息技術(shù)科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300071)r2012年5月24目收2012年7月3日收到修改稿、采用直流脈沖反應(yīng)磁控濺射方法生長w摻雜ZnO(WZO)透明導(dǎo)電氧化物薄膜并研究了襯底溫度對薄膜微觀結(jié)構(gòu)、組分、表面形貌以及光電性能的影響
2、．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，WZO薄膜具有良好的(002)晶面擇優(yōu)取向，且適當(dāng)?shù)囊r底溫度是制備優(yōu)質(zhì)WZO薄膜的關(guān)鍵因素．隨著襯底溫度升高，薄膜表面粗糙度先增大后減?。灰r底溫度較高時，薄膜的結(jié)構(gòu)致密，結(jié)晶質(zhì)量好，電子遷移率高．當(dāng)襯底溫度為325。C時，WZO薄膜獲得最低電阻率9．25×10-3Q．cm，方塊電阻為56．24Q／口，遷移率為11．8cm。V_。．S_。，其在可見光及近紅外區(qū)域(400---1500nm)范圍的平均透過率達(dá)到85．7％．關(guān)鍵詞：反應(yīng)磁控濺射，ZnO薄膜，w摻雜，襯底溫度PACS：81．05．
3、Dz，81．15．Cd，68．55．一a究者提出高價態(tài)差元素?fù)诫s的手段，使得一個雜質(zhì)原子可以提供多個電子，降低摻雜水平，從而有效1引言減小電子與摻雜原子之間的散射概率【4】'提高薄ZnO透明導(dǎo)電氧化物薄膜(ZnO．TCO)是一種膜的遷移率；不降低材料電學(xué)性能的前提下適當(dāng)II．Ⅵ族、直接寬帶隙半導(dǎo)體材料，其晶體結(jié)構(gòu)呈降低載流子濃度，提高薄膜在近紅外區(qū)的光學(xué)透過現(xiàn)六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)．同傳統(tǒng)的In203和SnO2透明率．關(guān)于高價態(tài)差摻雜TCO薄膜的研究主要有Mo導(dǎo)電薄膜相比，ZnO基透明導(dǎo)電薄膜具有廉價、摻雜In2
4、03．TCO薄膜(IMO)[一引，w摻雜In2O3．無毒、材料豐富、容易刻蝕以及耐H等離子體轟TCO薄膜(IWO)[9_1ll，以及Mo摻雜ZnO—TCO薄擊等優(yōu)點(diǎn)【，引，因此，逐漸成為硅基薄膜太陽電池膜(MzO)【12-15]，并且取得了一定的研究成果．然透明電極的重要選擇之一[3]_目前，制備ZnO薄而，對于w摻雜ZnO．TCO薄膜(wzO)【0—2]研究膜通常采用B，AI，Ga等元素?fù)诫s來提高薄膜的導(dǎo)相對較少．電性能．B3+，A13+，Ga3+均呈正三價，一個摻雜離本文采用高價態(tài)差w摻雜ZnO，一個
5、w0+子進(jìn)入ZnO晶格中替代Zn2+，能夠提供一個多余替代晶格中的Zn0+可以提供4個多余的電子，的電子，用以提高薄膜的導(dǎo)電性能．但是該類薄膜以實(shí)現(xiàn)不影響電學(xué)性能的前提下降低薄膜的摻在長波區(qū)(800__1100nm)的透過性能因較強(qiáng)的自雜水平，提高薄膜長波區(qū)透過率．同時，W6+的半由載流子吸收而有明顯的下降趨勢．為此，一些研徑(0．062am)與Zn+(0．074am)的近似，也為W6十國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計劃(批準(zhǔn)號：2011CBA00705，2011CBA00706，2011CBA00707)、國家高技術(shù)
6、研究發(fā)展計劃(批準(zhǔn)號：2009AA050602)、科技部國際合作項(xiàng)目(批準(zhǔn)號：2009DFA62580)、天津市應(yīng)用基礎(chǔ)及前沿技術(shù)研究計劃(批準(zhǔn)號：09JCYBJC06900)和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(批準(zhǔn)號：65010341)資助的課題．十E—mail：cxlruzhou@163．corn⑥2012中國物理學(xué)會ChinesePhysicalSocietyttp：／／wulixb．hy．O,C．ca238101．1物理學(xué)報ActaPhys．Sin．Vo1．61，No．23(2012)23810
7、1替代Zn2+提供了可能性．型紫外．可見一近紅外分光光度計表征薄膜的光學(xué)薄膜的生長及其光電性能強(qiáng)烈地依賴于薄膜透過率，D—max／2500型x光衍射儀分析薄膜的結(jié)沉積技術(shù)及生長工藝．目前針對磁控濺射技術(shù)制晶性能，S-4800型場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)備WZO薄膜多采用陶瓷靶，也有采用金屬鑲嵌混和SPA一400型原子力顯微鏡(AFM)分析薄膜的表合靶．為了降低成本，本文采用zrO3合金靶制面形貌．備WZO薄膜，此類研究在國際上尚未見詳細(xì)報道．本論文詳細(xì)研究了襯底溫度對WZO薄膜微觀結(jié)3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論構(gòu)
8、、表面形貌以及光電性能等方面的影響．3．1結(jié)構(gòu)特性2實(shí)驗(yàn)方法圖1是不同襯底溫度下制備的WZO薄膜的x實(shí)驗(yàn)采用JGP．320型反應(yīng)磁控濺射系統(tǒng)生射線衍射(XRD)圖譜(圖l(b)為(a)的放大)．從圖長WZO薄膜，靶材采用高純度(純度：99．99％)中可以看出，所有樣品中ZnO的(002)衍射峰最Zn／WO3合金靶(摻雜劑WO3質(zhì)量百分比為1．0％)，強(qiáng)，說明WZO薄膜是具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的多襯底為普通浮法玻璃．鍍膜前將玻璃放入
