新型透明导电ZnO∶Mo薄膜的制备

2009-04-02 王三坡 复旦大学材料科学系

        透明导电氧化物(TCO)薄膜由于具有高的可见光透射率和低的电阻率,在抗静电涂层、触摸显示屏、太阳能电池、平板显示、发热器、防结冰装置、光学涂层以及透明光电子等方面具有广阔的发展前景,其中的代表性TCO薄膜是In2O3∶Sn(ITO)、SnO2∶F和ZnO∶Al(ZAO)薄膜,都具有良好的光电性能。然而目前的透明导电薄膜的载流子浓度已经达到115 ×1021cm-3,接近上限2×1021cm-3,因此通过进一步提高载流子浓度来降低电阻率已经很困难,并且很高的载流子浓度会严重影响到透明导电薄膜的光学性能。高价态元素(如Mo、W等) 的掺杂提供了解决这一问题的一个新的途径,即通过提高载流子迁移率而非载流子浓度来提高透明导电薄膜的电导率。孟扬等首先采用反应蒸发法,在350 ℃玻璃基板温度下成功制备了高价态Mo掺杂的透明导电In2O3∶Mo(IMO) 薄膜: 其载流子迁移率达130cm2V-1 s -1 ,而载流子浓度仅315 ×1020 cm-3 ,电阻率为211 ×10-4Ω·cm, 并且在可见光范围内的透射率均超过80%, 由此引起了国内外的广泛关注 ;李喜峰等在In2O3 中掺杂高价态W 也取得性能良好的透明导电In2O3∶W(IWO) 薄膜,其电阻率低至217 ×10 -4 Ω·cm, 载流子的迁移率高于57cm 2V-1s -1 ,薄膜在可见光范围内的透射率也都超过80%。

        在In2O3基、SnO2基和ZnO基等半透明图片导电bopp聚酯胶片中,分离纯化技术设备成长期、能稳定性高、在工业化的上很广使用的是In2O3 基的ITObopp聚酯胶片。但ITObopp聚酯胶片价格多少过高,ZnO基半透明图片导电bopp聚酯胶片的光电公司能与In2O3基bopp聚酯胶片大致相同等同于,而投资成本要低得多,从而近两年前逐渐得出受到重视,存在极大的發展竟争力。实际上认为ZnO基bopp聚酯胶片比In2O3基bopp聚酯胶片存在以内优势可言:       (1) Zn蕴含着充足,定价多少比In,Sn 的定价多少低,其它配制In2O3 基保护膜的措施都能以平常配制ZnO基保护膜,由于ZnO基保护膜的配制料工费要高于In2O3基保护膜。       (2) In有毒有害,之所以会生态破坏生活环境,还有机会对身休内身心健康有害处,而Zn是身休内发展所需要的的少量属性。       (3) 在氢等正离子体等特殊的情况,ZnO 基膜的效能比In2O3 基膜稳定性,适当于日光能电池箱应用。         ZnO基明亮色导电pe膜就能添加B、Al、Ga、In、Sc、Y等III 族事物,甚至Si、Ge、Sn、Pb、Ti、Zr、Hf等IV族事物,还就能掺F- 代换O2- ,这当中ZnO∶Al pe膜实现常见和深入细致的调查,已在板材表明和日头能pe膜干电池上实现了软件应用。只不过更快价态事物的添加还没见新闻稿。本论文分为第VIB 族的重金态事物Mo 添加ZnOpe膜,Mo事物最重金是+6, 与Zn2+ 正离子的价格波动相当于四价,且在In2O3 基明亮色导电pe膜的调查中已拿得了比较的实际效果。本实验操作分为可调性好、基性岩传输速度高的症状电流磁控溅射法,在Zn 中包镶Mo自制溅射靶,在Ar 和O2 互动性中于一般的玻离上基性岩ZnO∶Mo明亮色导电pe膜,并强调调查了Mo添加量和基片室内温度等参数设置对其机构和微电子机械性能的反应。

        所使用的镀膜设备是北京仪器厂的DM4502A型镀膜机,自制的磁控溅射器,采用直流磁控反应溅射技术在玻璃基片上制备ZnO∶Mo(ZMO) 透明导电薄膜。靶是自制的金属Zn 和Mo的镶嵌靶,直径为60mm, 厚度为3mm, 与基板距离65mm 。沉积薄膜前,先将反应室抽到压强小于210 ×10 -2 Pa, 然后通过可变气导将一定比例的Ar 和O2 气充入反应室,工作压强为210Pa, 基板温度维持在100 ℃~350 ℃之间。

         用岛津UV2450 型UV/VIS 分光光度计估测复合膜和珍珠棉的透光率,并按照合理性化具体方法换算达到复合膜和珍珠棉的料厚;用DB290 型四电极仪估测样机的方块热敏电阻功率,换算达到复合膜和珍珠棉的热敏电阻功率率。在空调温度下van2der2Pauw法估测复合膜和珍珠棉的霍耳渗透率,并达到复合膜和珍珠棉的载流子渗透率和载流子质量浓度;用PhilipsPW1710X 电子束衍射仪(Cukα 靶,30kV,20mA, 电子束源可见光波长为011542nm ) 定性分析复合膜和珍珠棉的晶态构造。

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