不同退火工藝對AZO膜性能的影響
摻鋁氧化鋅（AZO）薄膜是一種光學透明導電薄膜，因其在可見光區(qū)透光性能非常好，所以被廣泛應用于汽車或飛機的擋風玻璃、平面液晶顯示器、太陽能電池基板等。自1907 年Badeker 制備出CdO 透明導電薄膜以后，人們相繼研制了多種透明導電薄膜，而AZO 薄膜因其原料豐富、價格低廉、材料無毒、易于摻雜和制備溫度低等諸多優(yōu)點而被認為是最具發(fā)展?jié)摿Φ耐该鲗щ姳∧ぶ�。制備AZO 薄膜的方法主要有：磁控濺射法、脈沖激光沉積法、化學汽相沉積法、真空反應蒸發(fā)法和溶膠- 凝膠法等。其中磁控濺射法最為成熟，并已形成商業(yè)化生產(chǎn)；本文通過磁控濺射法制備AZO 薄膜，研究了氮氣中退火、氮氣摻5%氫氣中退火、真空中退火和在空氣中退火對薄膜導電性能的不同影響；目前國內(nèi)雖有很多關(guān)于AZO膜的研究，但關(guān)于氫氣對AZO 膜的性能的影響的報告很少，而國際上近來有很多關(guān)于在制備AZO膜時通過引進氫氣或者在氫氣中退火來改變膜的性能的研究并取得了有效的進展。
1、實驗
本實驗使用的鍍膜設(shè)備為JGP450C 型超高真空磁控設(shè)備，實驗用靶材為97%wt 的ZnO 混合3%wt 的Al2O3 自制陶瓷靶。采用射頻反應磁控濺射法制備出AZO 薄膜。本低真空度抽到5.5×10- 4 Pa，通入10 sccm 的氬氣后，通過插板閥控制鍍膜時的工作壓強為0.3 Pa，基片加熱溫度設(shè)置為200℃，在洗凈的玻璃基板上沉積制備出AZO膜，濺射功率為125 W，沉積時間為30 min。樣品鍍制好后進行退火處理，分以下四組。
第一組不進行退火處理。第二組為放在10- 4 Pa 的真空環(huán)境，溫度為400℃保溫兩個小時。第三組為引入氮氣進行熱處理，保溫時間為一個小時，溫度為300℃。第四組為引入氫氣和氮氣混合氣體溫度為300℃時保溫一個小時，其中氫氣的體積百分比為5%。薄膜電阻用四探針測試儀測量，鍍膜試樣的透過率光譜用日本島津UV- 1601 紫外－可見分光光度計來測量， 薄膜的表面形貌用日電JSM- 561OLV 掃描電鏡進行測試分析。
3、結(jié)論
采用射頻濺射法制備AZO 薄膜，之后通過不同退火工藝進行處理，對其SEM 圖譜和光電性能分析可總結(jié)出以下結(jié)論：
（1）氮氣環(huán)境下退火可獲得晶粒結(jié)構(gòu)優(yōu)化的AZO 薄膜。氫氣環(huán)境下退火，因氫原子可以置于Zn- O 鍵中，使其平行于C 軸向，獲得了晶粒細化、表面平坦的薄膜。
（2）300℃氫氣中退火可獲得透過率最高的膜，300℃氮氣中退火也可增加其透過的波長范圍，薄膜的透過率都不低于85％，能夠滿足應用要求。
�。�3） 氮氣環(huán)境下的退火使得AZO 膜出現(xiàn)了更為明顯的“藍移”現(xiàn)象。而300℃氫氣中退火可明顯提高AZO 膜的導電性能。
【作者】 閆都倫； 姜翠寧； 王克斌； 王玨；
【Author】 YAN Dou-lun,JIANG Cui-ning,WANG Ke-bin,WANG Jue(Shenzhen New Nanya Technology Development Co,Ltd,Shenzhen 518000,China)
【機構(gòu)】 深圳新南亞技術(shù)開發(fā)有限公司；
【摘要】 摻鋁氧化鋅(AZO)薄膜由于其獨特的光學和電學性能而倍受人們的青睞。本文采用射頻磁控濺射技術(shù),制備了綜合性能優(yōu)良的AZO薄膜,通過不同退火工藝處理,研究了其對AZO薄膜的組織結(jié)構(gòu)、電學性能及光學性能的影響。氮氣環(huán)境下的退火使得AZO膜出現(xiàn)了更為明顯的"藍移"現(xiàn)象,氫氣環(huán)境下的退火提高了薄膜的導電性。
【Abstract】 Al-doped ZnO(AZO) films have been attracting much attention due to their excellent optical and electrical properties.High-quality AZO films were successfully prepared by RF reactive magnetron sputtering process,and the effects of different annealing processes on the optical and electrical properties of AZO films were discussed in detail.It was found in the nitrogen atmosphere the annealing process causes a more obvious "blue shift" on AZO film,while in the hydrogen atmosphere the conductivity of the film is improved after annealing.
【關(guān)鍵詞】 摻鋁氧化鋅(AZO)薄膜； 磁控濺射； 退火工藝； 電學性能； 光學性能；
【Key words】 Al-doped ZnO(AZO) film； magnetron sputtering； annealed process； electrical property； optical property；
