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直流磁控反应溅射法制备大面积AZO薄膜的实验研究

马燕 | -> | 1012| 2| 0.277364MB |ZnO,ZnO∶Al,反应溅射,大面积薄膜

马燕 马燕 | 文档量 |浏览量7729

摘 要 用锌铝合金靶在苏打玻璃上制备大面积AZO 半导体透明薄膜, 降低了靶材费用。实验中采用靶体旋转的直流磁控溅射工艺, 提高了靶材利用率, 实现了大面积均匀镀膜, 并能获得定向生长的薄膜。文章介绍了采用该方法制备大面积薄膜的实验, 并用X 射线衍射仪、扫描电子显微镜等多种分析方法对大面积薄膜的结构、形貌、电学性能及光学性能进行分析, 实验结果表明, 采用合金靶做靶源, 氩作工作气体, 控制好氧气分压, 大功率溅射可以获得定向性好、致密、均匀、透射率高、电阻率低的优质大面积(300 mm ×300mm) AZO 薄膜。
     掺铝氧化锌AZO 薄膜(ZnO ∶Al) 是一种光学透明导电薄膜。因其在可见光区透明和电阻率低等优异的光电性能,而被广泛应用于太阳能电池、平板显示器、热透镜、电磁屏蔽、气敏传感器[1 ] 、压敏电阻[2 ] 、紫外光探测器[3 ] 、表面波器件[4 ]等诸多领域。自1907 年Badeker 制备出Cd 透明导电薄膜以后, 人们相继研制了多种透明导电薄膜, 而AZO 薄膜因其原料丰富、价格低廉、材料无毒、易于掺杂和制备温度低等诸多优点而被认为是最具发展潜力的透明导电薄膜之一[5 , 6 ] 。此外氧化锌在纳米材料上也有很好的发展[7 , 8 ] 。AZO 薄膜作为太阳能电池的窗口层和电流收集层, 高透射率以及高导电率成为制备大面积AZO 的基本要求。除此之外, 还必须要考虑AZO 薄膜与下边硫化镉层的晶格匹配问题。AZO 薄膜的质量直接影响其在太阳能电池中发挥的作用。所以, 如何制备致密、均匀、透射率高、电阻率低并与CdS 匹配比较好的优质AZO 薄膜是非常重要的。
    对于CIGS 电池来说, 获得大面积的均匀AZO 薄膜也是一个必须要考虑的因素。德国IST 实验室采用中频反应溅射法[9 , 10 ]制备出1 000 mm ×600 mm 的AZO 薄膜。美国Lawrenceville 实验室在制备大面积透明导电薄膜上比较有创意的提出HC 阴极溅射法[11 , 12 ] , 并成功的制备了AZO 和In2O3 ∶Mo 等多种薄膜。
    北京大学在磁控溅射的基础上, 提出旋转柱靶阴极溅射法, 我们把他称为RCMT ( rotating cylindrical magnet ronsputtering target) 溅射, 该方法的主要优点为, (1) 合金柱靶作为靶材价格便宜, 易于制造, 并可以避开直接制备AZO靶的所需的技术难度, 同时可以减少制备靶材的高额费用。(2) 旋转靶溅射不仅有效的提高了靶材的利用率, 而且克服了溅射靶局部升温高的缺点, 在制备大面积薄膜时, 可以获得均匀且定向生长良好的薄膜。非常适合大面积制备薄膜。(3) 柱状靶材选用中空结构, 可以使磁铁以及水冷内置, 更为有效的冷却靶温, 以获得高质量的薄膜。(4) 靶内磁铁仅置于所需的溅射方向, 柱靶在约270°的旋转方位内没有损耗, 并可有效的获得水冷冷却。本文对在此基础上制备出大面积的AZO 薄膜, 并对其结构性能、电学性能以及光学性能进行了分析。
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