（微电子学与固体电子学专业论文）多层结构透明导电氧化物薄膜的制备及特性研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：陋日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 0 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) ：弛新签名僻鱼诌b ：丝“厂 多层结构透明导电氧化物薄膜的制备及特性研究 p r e p a r a t i o na n d c h a r a c t e r i z a t i o no fm u l t i l a y e rt r a n s p a r e n ta n d c o n d u c t i v eo x i d ef i l m s 宋淑梅 ( 申请山东大学博士学位) 本论文的研究工作得到以下项目资助： t 国家自然科学基金项目 自旋注入有机半导体效率研究( 6 0 6 7 6 0 4 1 ) 自旋极化电极o l e d 制备及光电特性研究( 6 0 5 7 6 0 3 9 ) 山东省自然科学基金项目 一维金属一介电型光子晶体的理论及相关实验研究( y 2 0 0 8 a 3 7 ) 一维金属一介电型光子晶体的理论及相关实验研究( z r 2 0 0 9 a m 0 2 0 ) p r e p a r a t i o na n dc h a r a c t e l u z a t i o n o f m u l 月l a y e rt r a n s p a r e n ta n dc o n d u c t i v e o x i d ef i l m s d o c t o r a ld i s s e r t a t i o n s u b m i t t e dt o s h a n d o n gu n i v e r s i t y b y s h u m e is o n g ( m i c r o e l e c t r o n i c sa n ds o l i d - s t a t ee l e c t r o n i c s ) d i s s e r t a t i o ns u p e r v i s o r ：p r o f s h e n g h a oh a n a p r i l2 0 1 0j i n a n 山东大学博士学位论文 目录 中文摘要i a b s t r a c t v 符号说明x 第一章绪论l 1 1 概述1 1 2 透明导电薄膜的基本特性2 1 2 1 透明导电金属薄膜2 1 2 2 透明导电氧化物薄膜3 1 2 3 有机透明导电薄膜4 1 3 透明导电氧化物薄膜的研究现状5 1 3 1s n 0 2 薄膜及其掺杂体系5 1 3 2i n 2 0 a 薄膜及其掺杂体系7 1 3 3z n o 薄膜及其掺杂体系。l l 1 3 4 其他透明导电氧化物薄膜。1 4 1 4 透明导电氧化物薄膜的制备方法1 4 1 4 1 真空蒸发镀膜15 1 4 2 溅射镀膜l5 1 4 3 离子成膜技术。1 7 1 4 4 化学气相沉积l9 1 4 5 脉冲激光沉积l9 1 4 6 溶胶凝胶法2 0 1 4 7 喷涂热分解法2 1 1 5 透明导电氧化物薄膜的应用：2 2 1 6 多层透明导电氧化物薄膜的研究现状2 3 1 6 1 金属基三明治结构透明导电氧化物薄膜的研究现状。2 3 1 6 2 具有缓冲层的透明导电氧化物薄膜的研究现状2 7 1 7 本论文的主要研究内容3 0 参考文献3 3 山东大学博士学位论文 第二章薄膜制备及表征方法4 0 2 1 制备方法及原理4 0 2 1 1 磁控溅射4 0 2 1 2 溅射原理4 l 2 1 3 离子束溅射4 5 2 1 4m i s 5 6 0 b 型超高真空磁控溅射与离子束溅射复合镀膜设备4 6 2 2 表征方法及原理4 8 2 2 1 薄膜电学特性的测量。4 8 2 2 2 薄膜厚度的测量5 0 2 2 3 薄膜光学特性的测量5 l 2 2 4 薄膜相结构分析。5 2 2 2 5 薄膜形貌分析5 3 2 3 小结。5 5 参考文献5 5 第三章g z o a g g z o 多层透明导电薄膜的制备与特性研究。5 6 3 1 样品制备5 6 3 2t c o 瓜i 仃o 结构多层膜的光学特性理论。5 9 3 2 1 金属薄膜的光学特性。5 9 3 2 2 多层膜的光学特性6 2 3 3t c o m t c o 结构多层膜的电学特性理论。6 6 3 4 各层厚度对g z o a g g z o 多层膜特性的影响6 9 3 4 1a g 层厚度对g z o a g g z o 多层膜特性的影响7 0 3 4 2 上层g z o 厚度对g z o a g g z o 多层膜特性的影响7 4 3 4 3 下层g z o 厚度对g z o a g g z o 多层膜特性的影响。7 8 3 5 真空退火对g z o a g g z o 多层膜特性的影响8 0 3 5 1 真空退火对g z o a g g z o 多层膜结构特性的影响8 0 3 5 2 真空退火对g z o a g g z o 多层膜光电特性的影响8 3 3 6d 、结一8 4 参考文献8 5 山东大学博士学位论文 第四章具有缓冲层的i t o 和a z o 薄膜的制备与特性研究8 7 4 1t i 0 2 i t o 薄膜的特性研究8 7 4 1 1 样品制备。8 8 4 1 2t i 0 2 厚度对t i 0 2 i t o 双层薄膜结构特性的影响9 0 4 1 3t i 0 2 厚度对t i 0 2 i t o 双层薄膜电学特性的影响9 2 4 1 4t i 0 2 厚度对t i 0 2 i t o 双层薄膜光学特性的影响。9 4 4 2i t o f l t o 薄膜的特性研究9 4 4 2 1 样品制备。9 4 4 2 2i t o 缓冲层厚度对i t o i t o 双层薄膜结构特性的影响一9 6 4 2 3i t o 缓冲层厚度对i t o i t o 双层薄膜电学特性的影响。9 8 4 2 4i t o 缓冲层厚度对i t o 1 1 o 双层薄膜光学特性的影响。9 9 4 3a z o a z o 薄膜的特性研究9 9 4 3 1 样品制备1 0 0 4 3 2a z o 缓冲层厚度对a z o a z o 双层薄膜结构特性的影响1 0 1 4 3 3a z o 缓冲层厚度对a z o a z o 双层薄膜电学特性的影响1 0 3 4 3 4a z o 缓冲层厚度对a z o a z o 双层薄膜光学特性的影响1 0 4 4 4d 、结10 5 参考文献10 6 第五章y z o 透明导电薄膜的制备1 0 8 5 1y z o 透明导电薄膜的制备与测试。1 0 9 5 1 1y z o 薄膜的制备1 0 9 5 1 2y z o 薄膜的测试1 1 1 5 2y z o 透明导电薄膜的特性研究111 5 3 小结1 l5 参考文献116 第六章总结118 6 1 主要结果1 1 8 6 2 主要创新点1 2 0 附图、表目录1 2 1 i i i 山东大学博士学位论文 ! 改谢12 5 攻读博士学位期间发表的论文目录1 2 6 附录：发表英文论文1 2 8 山东大学博士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c ti nc h i n e s e i a b s t r a c t v l i s to fs y m b o l s x c h a p t e ro n ei n s t r u c t i o n s 1 1 1o v e r v i e w 1 1 2f u n d a m e n t a lp r o p e r t i e so ft r a n s p a r e n tc o n d u c t i v ef i l m s 2 1 2 1t r a n s p a r e n tc o n d u c t i v em e t a lf i l m s 2 1 2 2t r a n s p a r e n tc o n d u c t i v eo x i d ef i l m s 3 1 2 3o r g a n i ct r a n s p a r e n tc o n d u c t i v ef i l m s 4 1 3r e s e a r c hd e v e l o p m e n t so ft r a n s p a r e n tc o n d u t i v eo x i d ef i l m s 5 1 3 1s n 0 2f i l m sa n dd o p e ds n 0 2s y s t e m 5 1 3 2i n 2 0 3f i l m sa n dd o p e di n 2 0 3s y s t e m 。7 1 3 3z n of i l m sa n dd o p e dz n os y s t e m 11 1 3 4o t h e l t r a n s p a r e n tc o n d u c t i v eo x i d ef i l m s 14 1 4p r e p a r a t i o nm e t h o d so f t r a n s p a r e n tc o n d u c t i v eo x i d ef i l m s 1 4 1 4 1v a c u u me v a p o r a t i o nm e t h o d 1 5 1 4 2s p u t t e r i n gm e t h o d 15 1 4 3i o nf i l mt e c h n i q u e 17 1 4 4c h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o n 19 1 4 5p l u s e dl a s e rd e p o s i t i o n 19 1a 6s 0 1 1 筘lm e t h o d 2 0 1 4 7s p r a yp y r o l y s i sm e t h o d 21 1 5a p p l i c a t i o n so ft r a n s p a r e n tc o n d u c t i v eo x i d ef i l m 2 2 1 6r e s e a r c hd e v e l o p m e n t so fm u l t i l a y e rt r a n s p a r e n tc o n d u c t i v ef i l m s 2 3 1 6 1r e s e a r c hd e v e l o p m e n t so fm e t a lb a s e dt r a n s p a r e n tc o n d u c t i v ef i l m s 2 3 1 6 2r e s e a r c hd e v e l o p m e n t so ft c of i l m sw i t hb u f f e r 2 7 1 7p r i m a r yr e s e a r c hc o n t e n t so ft h et h e s i s 3 0 r e f e r e n c e s 3 3 c h a p t e rt w op r e p a r a t i o na n dm e a s u r e m e n t s o ff i l m s 4 0 2 1p r e p a r a t i o nm e t h o da n dp r i n c i p l e 4 0 v 山东大学博士学位论文 2 1 1m a g n e t r o n s p u t t e r i n g 4 0 2 1 2s p u t t e r i n gp r i n c i p l e 4 1 2 1 3i o nb e a ms p u t t e r i n g 4 5 2 1 4m i s 一5 6 0 bm a g n e t r o ns p u t t e r i n ga n di o nb e a ms p u t t e r i n gs y s t e m 4 6 2 2m e a s u r e m e n tm e t h o d s a n dp r i n c i p l e 4 8 2 2 1m e a s u r e m e n to ft h ee l e c t r i c a lp r o p e r t i e s 4 8 2 2 2m e a s u r e m e n to ft h i c k n e s s 5 0 2 2 3m e a s u r e m e n to fo p t i c a lp r o p e r t i e s 51 2 2 4m e a s u r e m e n to fs t r u c t r a lp r o p e r t i e s 5 2 2 2 5m e a s u r e m e n to fs u r f a c et o p o g r a p h y 5 3 2 3s u m m a r y 5 5 r e f e r e n c e s 5 5 c h a p t e rt h r e ep r e p a r a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o no fg z o a g g z ot r a n s p a r e n tc o n d u c t i v e f i l m s 5 6 3 1p r e p a r a t i o no f s a m p l e s 5 6 3 2o p t i c a lp r o p e r t i e st h e o r yo f t c o m t c om u l t i l a y e rf i l m s 5 9 3 2 1o p t i c a lp r o p e r t i e so f m e t a lf i l m s 5 9 3 2 2o p t i c a lp r o p e r t i e so f m u l t i l a y e rf i l m s 6 2 3 3e l e c t r i c a lp r o p e r t i e so f t c o m t c of i l m s 6 6 3 4e f f e c to ft h i c k n e s so nt h ep r o p e r t i e so fg z o a g g z om u l t i l a y e rf i l m s6 9 3 4 1e f f e c to f a gt h i c k n e s so nt h ep r o p e r t i e so ff i l m s 。7 0 3 4 2e f f e c to f u p p e rg z ol a y e ro nt h ep r o p e r t i e so f f i l m s 7 4 3 4 3e f f e c to fu p p e rg z o l a y e ro nt h ep r o p e r t i e so f f i l m s 7 8 3 5e f f e c to f a n n e a l i n gi nt h ev a c l l u l mo nt h ep r o p e r t i e so ff i l m s 8 0 3 5 1e f f e c to f a n n e a l i n go nt h es t r u c t u r a lp r o p e r t i e so f t h ef i l m s 8 0 3 5 2e f f e c to fa n n e a l i n go nt h eo 面c a la n de l e c t r i c a lp r o p e r t i e so ft h e f i l m s 8 3 3 6s u m m a r y 8 4 r e f e r e n c e s 8 5 c h a p t e rf o u rp r e p a r a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o no f l t oa n da z of i l m s 、析t i lb u f f e r 8 7 4 1c h a r a c t e r i z a t i o no f t i i i ) 1 2 i t of i l m s 8 7 4 1 1p r e p a a t i o no fs a m p l e s 8 8 f 山东大学博士学位论文 4 1 2e f f e c tt i 0 2t h i c k n e s so nt h es t r u c t u r a lp r o p e r t i e so ff i l m s 9 0 4 1 3e f f e c tt i 0 2t h i c k n e s so nt h ee l e c t r i c a lp r o p e r t i e so ff i l m s 9 2 4 1 4e f f e c tt i 0 2t h i c k n e s so nt h eo p t i c a lp r o p e r t i e so ff i l m s 9 4 4 2c h a r a c t e r i z a t i o no fi 删t 0f i l m s 9 4 4 2 1p r e p a r a t i o no fs a m p l e s 9 4 4 2 2e f f e c ti t ob u f f e rt h i c k n e s so nt h es t r u c t u r a lp r o p e r t i e so ff i l m s 9 6 4 2 3e f f e c ti t ob u f f e rt h i c k n e s so nt h ee l e c t r i c a lp r o p e r t i e so ff i l m s 9 8 4 2 4e f f e c ti t ob u f f e rt h i c k n e s so nt h eo p t i c a lp r o p e r t i e so ff i l m s 9 9 4 3c h a r a c t e r i z a t i o no f a z o ，a z of i l m s 9 9 4 3 1p r e p a r a t i o no fs a m p l e s 10 0 4 3 2e f f e c ta z ob u f f e rt h i c k n e s so nt h es t r u c t u r a lp r o p e r t i e so ff i l m s l0 1 4 3 3e f f e c ta z ob u f f e rt h i c k n e s so nt h ee l e c t r i c a lp r o p e r t i e so ff i l m s l 0 3 4 3 4e f f e c ta z ob u f f e rt h i c k n e s so nt h eo p t i c a lp r o p e r t i e so ff i l m s 。1 0 4 4 4s u m m a r y 1 0 5 r e f e r e n c e s 10 6 c h a p t e rf i v ep r e p a r a t i o no fy z o f i l m s 10 8 5 1p r e p a r a t i o na n dm e a s u r e m e n t so f y z of i l m s 10 9 5 1 1p r e p a r a t i o no f y z of i l m s 1 0 9 5 1 2m e a s u r e m e n t so f y z of i l m s 111 5 2c h a r a c t e r i z a t i o no f y z of i l m s 11 1 5 3s u m m a r y 115 r e f e r f f f l c o s 116 c h a p t e rs i xs u m m a r y 118 6 1p r i n c i p l er e s u l t s 118 6 2p r i n c i p l ei n n o v a t i o n j 12 0 a p p e n d i x 12 1 a c k n o w l e d g e m e n t s 1 2 5 l i s to f p u b l i c a t i o n s 1 2 6 a p p e n d i x ：p u b l i c a t i o n si ne n g l i s h 1 2 8 山东大学博士学位论文 山东大学博士学位论文 中文摘要 透明导电氧化物薄膜( t c o ) 因为其具有接近金属的导电性、像玻璃一样高 的透明性及对红外线的高反射率等特性，在平板显示器和建筑物玻璃等领域得到 了广泛应用。综合各种透明导电薄膜的光电性能来看，铟锡氧化物( i t o ) 是目前 综合光电性能最优异、应用最为广泛的。由于金属铟属于稀缺资源，导致i t o 薄 膜的制备成本较高，因此节约铟用量是一项重要的课题。 z n o 具有原料丰富和成本低等优点，近年来，掺杂z n o 薄膜被广泛研究，但 是目前为止其电学特性依然不及i t o 。此外，随着平板显示器向更大面积和更快显 示速度等方向的发展，对t c o 薄膜的要求也相应提高，要求t c o 薄膜在保持足 够的可见光透过率的情况下尽可能地降低方块电阻。降低透明导电薄膜的电阻率 是另一项重要课题。 为此，本论文主要开展了以下几个方面的研究：( 1 ) 用射频( 1 强) 磁控溅射 法和离子束溅射法分别制备掺镓氧化锌( g z o ) 层和a g 层，制备了g z o a g g z o 多层结构的透明导电薄膜。( 2 ) 用射频磁控溅射法制备了具有缓冲层的i t o 和掺 铝氧化锌( a z o ) 薄膜。( 3 ) 用射频磁控溅射法制备了掺钇氧化锌( y z o ) 薄膜。 第三章中，采用射频磁控溅射技术制备g z o 层，离子束溅射技术制备a g 层， 在玻璃衬底上成功制备出了具有优异光电性能的g z o a g g z o 三明治结构的透明 导电薄膜。利用x 射线衍射( ) a m ) 、扫描电子显微镜( s e m ) 等分析手段对薄膜 的结构和表面形貌进行了表征，利用四探针测试仪和分光光度计分别对薄膜的电 学和光学特性进行了测量，总结了大量的数据。详细研究了a g 层厚度，上层g z o 厚度、下层g z o 厚度以及真空退火温度对薄膜结构、光学和电学特性的影响。具 体的研究内容和主要结果如下： 1 x 射线衍射显示溅射制备出的g z o a g g z o 薄膜是多晶薄膜，g z o 层具有 z n o 的纤锌矿结构，择优取向为( 002 ) ia g 层是立方结构，具有( 1 l1 ) 取向。 2 a g 层厚度对g z o a g g z o 光电特性的影响很大，我们制备了具有相同g z o 厚度，不同a g 厚度的六个样品。上下两层g z o 层厚度均为4 01 1 1 1 1 ，a g 层厚度分 山东大学博士学位论文 别为：6 、7 、8 、9 、1 0 、1 2n i n 。随着a g 层厚度的增加，a g 的( 11 1 ) 衍射峰的 强度增强，半高宽减小，晶粒变大，说明了a g 层结晶状况变好。当a g 层厚度从 6n i n 增加到1 0n l n 时，薄膜的电阻率从2 4 x 1 0 4qe m 下降到9 0 x 1 0 巧qe m ，多层 膜的透过率增加。当a g 层厚度继续增加时，电阻率稍有增加，透过率开始降低。 当a g 层厚度为1 0n n l 时，方块电阻为1 0d o ，平均透过率达到了8 9 7 ，品质因 子达到最大值3 4 x1 0 2q 。这说明a g 层为1 0 姗时，多层薄膜的光电特性最好， 因此，a g 层的最佳厚度为1 0b i n 。 3 为了研究上层g z o 厚度对多层膜特性的影响，下层g z o 的厚度均固定为 4 0i l l n ，而a g 层厚度则为1 0n l n 。随着上层g z o 厚度从2 0n n l 增加到6 0n i t l ，( 00 2 ) 峰的强度缓慢增加，f w h m 持续减小，与此同时z n o 晶粒大小持续增加。而 a g ( 111 ) 峰的强度、f w h m 和晶粒大小几乎不变，这表明g z o 层的结晶质量 有所提高，而a g 层的结晶质量与上层g z o 的厚度无关。当上层g z o 层厚度从 2 0n m 增加到3 0n i n 时，薄膜的透过率从8 5 4 增加到9 0 7 。当上层g z o 层厚 度从3 0n i n 增加到6 0n i n 时，薄膜的透过率又从9 0 7 一直降低到7 5 2 。随着上 层g z o 的厚度从2 0n i n 增加到6 0n i n ，薄膜的电阻率单调地从4 9 x 1 0 5qe m 增加 到1 3 x 1 0 4qe m 。当上层g z o 厚度为3 0n l n 时，薄膜的品质因子最大，达到了 5 3 x 1 0 。2q 。因此，薄膜的最佳上层厚度为3 0n i n 。 4 上层g z o 厚度为3 0n n l ，a g 层厚度则为1 0n m 时，研究下层g z o 的厚度 对多层膜特性的影响。随着下层g z o 厚度的增加，a g ( 1l1 ) 峰的f w h m 逐渐 减小，a g 的晶粒大小逐渐增大，这表明随着下层g z o 厚度的增加，a g 层的结晶 质量提高了。随着下层g z o 厚度的增加，薄膜的透过率呈现出先增加后减小的变 化情况，电阻率则单调地增加；当g z o a g g z o 多层膜厚度为4 0 1 0 3 0n i n 时， 薄膜的品质因子最大，达到了5 3 x 1 0 之q 一，此时薄膜的电阻率为5 6 x 1 0 5qc m ， 透过率为9 0 7 。 5 退火对薄膜的结构、光学和电学特性有影响。研究了具有最佳厚度4 0 1 0 3 0 n m 的g z o a g g z o 多层膜在真空中不同温度下进行退火后薄膜特性的变化。随着 退火温度的升高，a g ( 1l1 ) 峰的强度明显增强，而z n o ( o02 ) 峰的强度增加 缓慢，这表明，g z o 层和a g 层的的结晶质量同时提高了。随着退火温度从2 0 0 一 山东大学博士学位论文 升高到3 5 0 1 2 ，z n o ( 002 ) 峰的强度低于a g ( 1l1 ) 峰的强度，并且a g 层 f w h m 单调减小，a g 晶粒大小持续增加，这说明a g 层的结晶质量明显地提高了。 在1 0 0 c 到3 5 0 退火范围内，随着退火温度的升高，平均透过率逐渐增大，这是 由于随着退火温度的升高，薄膜的结晶质量提高，从而导致其透过率得到提高。 随着退火温度的升高，薄膜的电阻率逐渐降低，当退火温度为3 5 0 时，薄膜获得 了最低的电阻率3 2 1 0 巧qc m 。 第四章中，采用射频磁控溅射技术，在玻璃衬底上成功制备出了具有，n 0 2 异 质缓冲层和i t o 同质缓冲层的i t o 薄膜，以及具有a z o 同质缓冲层的a z o 薄膜， 利用x r d 和原子力显微镜( a f m ) 等分析手段对薄膜的结构和表面形貌进行了表 征，利用霍耳测试仪和分光光度计分别对薄膜的电学和光学特性进行了测量，分 析了缓冲层厚度对i t o 和a z o 薄膜光电特性的影响。具体研究内容和主要结果如 下： 1 x 射线衍射显示溅射制备出的t i 0 2 i t o 薄膜是多晶薄膜。所有样品i t o 的 厚度均为1 8 0 姗。没有币0 2 缓冲层的薄膜具有( 2l1 ) 和( 44o ) 两个主要的衍 射峰。随着t i 0 2 缓冲层的加入，薄膜出现了包括( 2l1 ) 、( 222 ) 、( 4o0 ) 、( 43 1 ) 、( 44o ) 和( 622 ) 等多个衍射峰。当面0 2 缓冲层厚度为2n i n 时，薄膜的( 2 11 ) 和( 44o ) 两个衍射峰的晶粒大小最大。薄膜的粗糙度明显大于单层i t o 薄 膜。随着缓冲层厚度的增加，薄膜的粗糙度先减小，而后基本保持不变。当t i 0 2 缓冲层厚度为2n l n 时，薄膜的电阻率达到最小值3 4 x 1 0 4qc m ，电阻率的降低是 由于霍尔迁移率和载流子浓度的同时增加。与相同厚度单层i t o 薄膜相比，具有2 脚t i 0 2 缓冲层的薄膜其电阻率明显下降了4 1 ，透过率明显高于单层i t o 薄膜， 达到9 3 1 ，从而达到了节约i t o 薄膜的目标。 2 x 射线衍射显示溅射制备出的i t o i t o 薄膜是多晶薄膜。所有样品的总厚 度均为2 5 0n l n 。具有缓冲层的薄膜其粗糙度要稍高于单层薄膜的粗糙度。当缓冲 层厚度从0n l l l 增加到1 6n l n 时，薄膜的电阻率从3 8 x 1 0 。4 降低到2 7 1 0 4qc m 。 当缓冲层厚度继续增加到3 2 n m 时，电阻率又增加到4 2 1 0 4qc m 。与相同厚度的 单层i t o 薄膜相比，具有1 6n m 同质缓冲层的薄膜电阻率明显下降了3 0 。缓冲 层的引入对薄膜的透过率影响不大。 ! i i 山东大学博士学位论文 3 a z o a z o 双层薄膜的总厚度为4 0 0n m 。x 射线衍射表明所有样品均为多晶 薄膜，且有( 0o2 ) 和( 1o3 ) 两个衍射峰出现，其中( 002 ) 峰的强度要比( 1 03 ) 峰高很多，表明了a z o 具有z n o 的纤锌矿结构，择优取向为( o02 ) 。随着 缓冲层厚度从0n m 增加到6 6n n l ，( 002 ) 峰的衍射角由3 4 2 0 。移动到3 4 2 8 。， 晶粒大小由2 6 1n i n 逐渐增加到4 7 1n i n ，对应的应力则由3 0 3 减小到1 8 8 。在缓 冲层厚度为6 6n i l l 时，晶粒达到最大，说明此时薄膜的结晶质量最好。但随着缓 冲层厚度的进一步增加，晶粒大小逐渐减小，( o02 ) 峰的衍射角减小，对应的应 力逐渐增大。与单层a z o 薄膜相比，具有6 6n m 同质缓冲层的薄膜电阻率明显下 降了5 9 。所有薄膜的平均透过率均在9 0 o 以上。 第五章中，以z n o ：y 2 0 3 为靶材( y 2 0 3 的掺杂量为3 训= ) ，采用射频磁控溅 射技术，在玻璃衬底上成功制备出了y z o 薄膜，利用x r d 和s e m 等分析手段对 薄膜的结构和表面形貌进行了表征，利用霍耳测试仪和分光光度计分别对薄膜的 电学和光学特性进行了测量。具体研究内容和主要结果如下： 溅射功率固定为1 0 0w ，当溅射气压从0 6p a 增加到2p a 时，薄膜的电阻率 从1 3 x 1 0 3qc m 降低到8 9 x 1 0 4qc m ，当溅射气压从2p a 增加到3p a 时，薄膜 的电阻率稍有增加。溅射气压固定为2p a ，当溅射功率从4 0w 增加到5 0w 时， 薄膜的电阻率从1 0 x 1 0 dq 锄降低到8 7 x 1 0 。4qc m 。当电阻率从6 0w 继续增加 到1 1 0w 时，电阻率变化不大，基本上在9 0 x 1 0 4qc m 左右。可以得到y z o 薄 膜的最佳的制备条件是：溅射气压为2p a ，溅射功率为5 0w ，在最佳条件下制备 了样品。x 射线衍射显示y z o 薄膜是多晶薄膜，具有z n o 的六角纤锌矿结构，并 且有垂直于衬底的c 轴择优取向。s e m 图像表明y z o 薄膜的表面形貌是多孔结 构且表面较为粗糙，其中最大孔洞的直径超过了1 0 0n m 。在可见光范围内薄膜的 平均透过率为9 2 3 ，禁带宽度约为3 5 7e v 。 总之，我们采用在两层t c o 薄膜之间加入金属层的方法成功制备了电阻率低 至l o 。5qc m 量级的g z o a g g z o 多层透明导电薄膜；采用在玻璃衬底和t c o 薄 膜之间加入缓冲层的方法成功降低了i t o 和a z o 薄膜的电阻率，达到了节约i t o 的目标：在玻璃衬底上成功制备了新型透明导电氧化物薄膜y z o 。 关键词：透明导电氧化物薄膜：射频磁控溅射；g z o a g g z o ；t i 0 2 i t o ；y z o i v 山东大学博士学位论文 a b s t r a c t t r a n s p a r e n tc o n d u c t i v eo x i d ef i l m s ( t c o s ) 埘廿li l i g he l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t y , h i g h o p t i c a lt r a n s p a r e n c ei nt h ev i s i b l er a n g ea n dh i 【g ho p t i c a lr e f l e c t a n c ei nt h ei n f r a r e d r a n g eh a v eb e e nw i d e l yu s e di nf l a tp a n e ld i s p l a y sa n db u i l d i n gg l a s s a m o n ga l lt h