薄膜厚度对TGZO透明导电薄膜光电性能的影响
利用直流磁控溅射法, 在室温水冷玻璃衬底上成功制备出了可见光透过率高、电阻率低的钛镓共掺杂氧化锌( TGZO) 透明导电薄膜。X 射线衍射和扫描电子显微镜研究结果表明, TGZO 薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜, 且具有c 轴择优取向。研究了厚度对TGZO 透明导电薄膜电学和光学性能的影响, 结果表明厚度对薄膜的光电性能有重要影响。当薄膜厚度为628 nm 时, 薄膜具有最小电阻率2.01X10- 4 cm。所制备薄膜在波长为400~ 760 nm 的可见光中平均透过率都超过了91%,TGZO 薄膜可以用作薄膜太阳能电池和液晶显示器的透明电极。
近年来, 随着光电子产业的快速发展, 对透明导电薄膜, 特别是氧化物透明导电(TCO) 薄膜的需求急剧上升。掺锡氧化铟透明导电( ITO) 薄膜具有高的可见光透光率、红外反射率和低的电阻率以及良好的机械强度、化学稳定性、耐磨损特性, 是目前应用最为广泛的透明导电氧化物。但由于In, Sn等材料自然储量少、制备工艺复杂、成本高、有毒、稳定性差, 因此限制了它的广泛使用。所以, 需要寻求一种替代产品以满足实际需要。ZnO 具有纤锌矿结构, 室温禁带宽度为3.37 eV。掺杂ZnO 透明导电薄膜光电性能优良, 且制备所需原材料丰富, 价格便宜,无毒, 很有可能成为ITO 产品的替代品。适当的单元素掺杂能较大幅度地提高ZnO 薄膜的电学性能, 如Al,Ti, Ga 等元素的掺杂均能明显改善薄膜的电学性能, 但薄膜的光学性能和化学稳定性却不尽人意。为此, 近几年人们开始尝试通过共掺杂ZnO 来获得具有优良光电性能的透明导电薄膜。当前, 共掺杂ZnO 透明导电薄膜的研究工作有Al, Mn 共掺杂ZnO 薄膜,Al, Gd 共掺杂ZnO 薄膜, Al, Cr 共掺杂ZnO 薄膜,Al,Ti 共掺杂ZnO 薄膜等。Ti, Ga 共掺杂ZnO( TGZO) 透明导电薄膜的研究还未见报道。
本文采用直流磁控溅射法在水冷玻璃衬底上制备出了具有良好附着性能的TGZO 透明导电薄膜。实验所获得样品TGZO 薄膜的最小电阻率为2.01 X10- 4cm。薄膜样品在波长为400~760 nm 范围的可见光平均透过率大于91% 。
3、结论
利用直流磁控溅射法, 在室温水冷玻璃衬底上成功制备出了高质量的TGZO 透明导电薄膜, 其光电性能可与ITO薄膜相比。研究发现, 制备的TGZO薄膜是多晶膜, 具有垂直于衬底方向的六角纤锌矿结构, 628 nm 的薄膜样品, 方口电阻为3.20 , 电阻率为2.01x10-4cm, 薄膜样品的可见光( 400~760 nm) 平均透过率均大于91% , 实验制备的高质量的TGZO 薄膜在液晶显示器和薄膜太阳能电池等微电子、光电子器件中将有着广泛的应用。
