薄膜厚度對TGZO透明導電薄膜光電性能的影響

利用直流磁控濺射法, 在室溫水冷玻璃襯底上成功制備出了可見光透過率高、電阻率低的鈦鎵共摻雜氧化鋅( TGZO) 透明導電薄膜。X 射線衍射和掃描電子顯微鏡研究結果表明, TGZO 薄膜為六角纖鋅礦結構的多晶薄膜, 且具有c 軸擇優取向。研究了厚度對TGZO 透明導電薄膜電學和光學性能的影響, 結果表明厚度對薄膜的光電性能有重要影響。當薄膜厚度為628 nm 時, 薄膜具有*小電阻率2.01X10- 4 cm。所制備薄膜在波長為400~ 760 nm 的可見光中平均透過率都超過了91%,TGZO 薄膜可以用作薄膜太陽能電池和液晶顯示器的透明電極。

近年來, 隨著光電子產業的快速發展, 對透明導電薄膜, 特別是氧化物透明導電(TCO) 薄膜的需求急劇上升。摻錫氧化銦透明導電( ITO) 薄膜具有高的可見光透光率、紅外反射率和低的電阻率以及良好的機械強度、化學穩定性、耐磨損特性, 是目前應用*為廣泛的透明導電氧化物。但由于In, Sn等材料自然儲量少、制備工藝復雜、成本高、有毒、穩定性差, 因此限制了它的廣泛使用。所以, 需要尋求一種替代產品以滿足實際需要。ZnO 具有纖鋅礦結構, 室溫禁帶寬度為3.37 eV。摻雜ZnO 透明導電薄膜光電性能優良, 且制備所需原材料豐富, 價格便宜,無毒, 很有可能成為ITO 產品的替代品。適當的單元素摻雜能較大幅度地提高ZnO 薄膜的電學性能, 如Al,Ti, Ga 等元素的摻雜均能明顯改善薄膜的電學性能, 但薄膜的光學性能和化學穩定性卻不盡人意。為此, 近幾年人們開始嘗試通過共摻雜ZnO 來獲得具有優良光電性能的透明導電薄膜。當前, 共摻雜ZnO 透明導電薄膜的研究工作有Al, Mn 共摻雜ZnO 薄膜,Al, Gd 共摻雜ZnO 薄膜, Al, Cr 共摻雜ZnO 薄膜,Al,Ti 共摻雜ZnO 薄膜等。Ti, Ga 共摻雜ZnO( TGZO) 透明導電薄膜的研究還未見報道。

本文采用直流磁控濺射法在水冷玻璃襯底上制備出了具有良好附著性能的TGZO 透明導電薄膜。實驗所獲得樣品TGZO 薄膜的*小電阻率為2.01 X10- 4cm。薄膜樣品在波長為400~760 nm 范圍的可見光平均透過率大于91% 。

3、結論

利用直流磁控濺射法, 在室溫水冷玻璃襯底上成功制備出了高質量的TGZO 透明導電薄膜, 其光電性能可與ITO薄膜相比。研究發現, 制備的TGZO薄膜是多晶膜, 具有垂直于襯底方向的六角纖鋅礦結構, 628 nm 的薄膜樣品, 方口電阻為3.20 , 電阻率為2.01x10-4cm, 薄膜樣品的可見光( 400~760 nm) 平均透過率均大于91% , 實驗制備的高質量的TGZO 薄膜在液晶顯示器和薄膜太陽能電池等微電子、光電子器件中將有著廣泛的應用。

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