本底真空度对磁控溅射法制备AZO 薄膜的影响
采用直流磁控溅射方法在平板玻璃基体表面沉积AZO薄膜,研究了本底真空度对薄膜厚度、方块电阻以及在300~1100nm波长范围内透过率的影响。结果表明:薄膜的方块电阻和透过率随本底真空度的提高而降低,厚度随本底真空度的提高而增加;本底真空度较低时,其变化对薄膜的厚度、方块电阻和透过率的影响较大,随着本底真空度的增加,影响程度逐渐降低。
黑色氧化的物导电复合膜(TCO)享有高的UV紫外线光吸收能力率、因而光映出率、红外光全反射率及低的电阻器率,被大量应运于早上的太阳微型蓄电池、展示器黑色探针、触控面板开关和热放射性物质禁掉(LOW-E)等这个领域。ITO(In2O3:Sn)复合膜是目前为止准备技术工艺最成长、应运最大量的TCO复合膜,同时它具备有些短处:In素材剧毒,对人们威害;In2O3产品报价比较贵,投资成本昂贵;Sn和In的原子团量大,积聚全过程中加容易浸到基表皮面,损坏基体性能指标;温度过高下,映出率会快速拉低,且在氢等阴离子体中不保持稳定。他们短处在更大的程度累计制了其进一个步骤的应运和科研。 近两以来,空气氧化反应锌基聚酰亚胺膜是因为有着与ITO聚酰亚胺膜不同之处拟的光学特性、在氢等铁离子体中的高稳定的性相应的价格价格实惠等好处,成了了分析热门,是使用ITO聚酰亚胺膜的最佳的选择,但之中的掺铝空气氧化反应锌聚酰亚胺膜(AZO)被广泛性应用于阳光电瓶。AZO聚酰亚胺膜的光催化原理技巧有很多,但之中的磁控溅射法是因为有着设施设备成熟期、工艺有效控制精确性、利于实行大占地面积迅速形成等好处,成了很多人最佳的选择的光催化原理枝术。不同的分析者对磁控溅射光催化原理AZO聚酰亚胺膜的分析核心集结在溅射工艺阻力、靶热效率等方向,而本底真空度度对聚酰亚胺膜特性的导致还末见新闻稿。 1、研究采用JGP450型磁控溅射设备制备AZO薄膜。靶材是含1.5%(质量分数)氧化铝的AZO陶瓷靶,基体是透明的平板玻璃,溅射气体是纯度为99.99%的氩气。磁控溅射工艺参数为:靶基距90mm,溅射功率1kW,溅射时间10min。溅射前打开真空室,在大气中暴露2h后,将清洗并吹干的基体放入其中,开始抽真空,在本底真空度分别为2.0×10-3,4.0×10-3,6.0×10-3,8.0×10-3 Pa的条件下,制备四个样品。沉积薄膜前先进行10min的预溅射过程,以清洁靶材表面存在的毛刺、油污等。
用ST-21型方块功率电容公测公测综合公测公测仪(广东四电极科技有限有限总部有限总部)公测公测公测公测聚酰亚胺膜的方块功率电容,用lambda950型分光光度计(澳大利亚的PerkinElmer有限总部)公测公测公测公测聚酰亚胺膜的穿过率,用dektak150型电极式表面能面部轮廓仪(澳大利亚的VEECO有限总部)公测公测公测公测聚酰亚胺膜尺寸。 2、可是与探讨 2.1、本底真空箱度对膜规格的影向图1给出了薄膜厚度与本底真空度之间的关系。由图1可见,随着本底真空度的提高,薄膜厚度呈增加的趋势,但增加幅度逐渐减弱。在较低的本底真空度范围内,薄膜厚度受本底真空度影响显著,当本底真空度从8.0×10-3 Pa提高至6.0×10-3 Pa时,薄膜厚度从56.54nm增加到80.23nm,厚度增加值达到23.69nm;在较高的本底真空度范围内,薄膜厚度受本底真空度的影响较低,当本底真空度从4.0×10-3 Pa提高至2.0×10-3 Pa时,薄膜厚度从89.27nm增加到90.36nm,仅相差1.09nm。主要原因分析如下:在本底真空度较低的条件下,真空室的内腔壁和边角吸附了大量的杂质残余气体,当溅射开始时,由于辉光放电的加热作用,杂质残余气体从真空室内腔壁和边角处脱附出来,导致溅射效率较低;氩气流量不变时,杂质残余气体分子的存在导致电子碰撞的平均自由程减少,电子从加速电场中获得的能量部分向杂质残余气体分子或原子转移,当电子再与氩气原子发生非弹性碰撞时,因能量不足以使氩原子电离,致使离化率降低,同时被离化的氩离子在电场作用下向阴极靶材迁移时发生碰撞的概率增加,因而氩离子能量降低和发生散射的概率增加;以上综合作用使得溅射效率低,膜层较薄。因此在一定范围内提高本底真空度,有助于提高溅射效率,达到增加薄膜厚度的目的。由图1可见,当达到4×10-3 Pa后,本底真空度对溅射效率的影响已经较小,膜层厚度趋于稳定。

图2给出了AZO薄膜的方块电阻和本底真空度之间的关系。由图2可以看出,薄膜的方块电阻受本底真空度影响较大:在本底真空度为8×10-3 Pa时,薄膜的方块电阻达到1975.8Ω/□;随着本底真空度的提高,薄膜的方块电阻逐渐下降,导电性能逐渐增强,当本底真空度提高到2×10-3 Pa时,方块电阻降低到326.4Ω/。主要原因在于:一方面,本底真空度较低的条件下,由于杂质残余分子,特别是含氧原子的水汽分子的存在,造成沉积的薄膜中氧成分增加,氧空位减少,导致主要以氧空位作为导电机制的AZO薄膜导电能力下降;另一方面,杂质残余分子的存在使溅射粒子的能量降低,因此被溅射出来的膜层原子能量低,膜层原子在迁移到基体表面的过程中,与杂质残余气体分子发生碰撞,能量进一步降低,因此到达基体表面的部分膜层原子没有足够的能量进行迁移,使得薄膜晶化程度较低,导电能力随之较低,方块电阻较高。

在本底真空度为8.0×10-3 Pa的条件下制备薄膜,测得薄膜在300~1100nm波长范围内的透过率曲线,如图4所示。由图4可知,在波长小于380nm的紫外光区,薄膜的透过率急剧下降。这是由于AZO薄膜本身是一种半导体材料,在该波段,AZO薄膜会产生本征吸收的缘故。


图4 8.0×10-3 Pa本底真空度制备薄膜的透过率曲线
引起本征吸附的有需要具体条件是电子束力量超出半导体设备的禁速率度,即:hv≥Eg(1)
式中:h是普朗克常数;v是光量子帧率;Eg是的材料的禁带宽使用度。跟据v=cλ,能实现:λ≤hc/Eg=1.24/Eg(2)
当禁网络带宽起步度Eg的方为eV时,光的吸光度的方为μm。将AZO塑料聚酰亚胺膜的禁网络带宽起步度Eg≈3.3eV代入(2)式,应得到AZO塑料聚酰亚胺膜造成本征释放的截至光的吸光度: λc=1.24/3.3≈0.375μm=375nm(3) 实践的条件下光催化原理的AZO胶片引发本征消化的结束激发光谱出显在约380nm,和理论研究计算方式的最后一致。





