免费下载
网站简介

找论文变得更简单!

帮找论文

当前位置:

重点论文网    理科论文    物理论文    掺铝氧化锌薄膜的光学性能研究
创建时间:11-01

掺铝氧化锌薄膜的光学性能研究

目录


摘要……………………………………………………………………………1
ABSTRACT………………………………………………………………………1
第一章 绪论 …………………………………………………………………………3
  1.1引言………………………………………………… ………………………3
  1.2 ZAO薄膜的应用前景……………………………………………………3
  1.3 ZAO薄膜的研究现状………………………………………………………4
1.4 本论文研究工作简介……………………………………………………5
第二章 ZAO薄膜的制备及结构、性能测试………………………………………5
  2.1 引言………………………………………………………………………5
  2.2 直流磁控溅射原理………………………………………………………5
  2.3 ZAO薄膜制备设备及实验过程……………………………………………6
      2.3.1直流磁控溅射实验装置…………………………………………6
      2.3.2 薄膜制备过程……………………………………………………7
    2.4薄膜的结构测试…………………………………………………………8
        2.4.1 薄膜的结构测试…………………………………………………8
        2.4.2 薄膜的光学特性的测试…………………………………………9
2.5 本章小结…………………………………………………………………10
第三章 ZAO薄膜的光学性能研究………………………………………………10
3.1引言………………………………………………………………………10
3.2 关于ZAO薄膜的光学基本理论…………………………………………10
3.3 沉积条件对ZAO薄膜光学性能的影响…………………………………12
        3.3.1 衬底温度对薄膜光学性能的影响………………………………12
        3.3.2氧分压对薄膜光学性能的影响…………………………………14
        3.3.3 沉积时间(膜厚)对薄膜光学性能的影响……………………15
        3.3.4 退火对薄膜光学性能的影响……………………………………16
3.4本章小结 …………………………………………………………………17
第章  总结…………………………………………………………………………18
参考文献 ……………………………………………………………………………19
致谢 …………………………………………………………………………………20

第一章 绪论
1.1 引言
科学技术是第一生产力,在现代生活当中,科技成果成为社会发展的巨大动力。新的产品的完成,往往与新的功能材料的出现,更高性能的器件的生产有着直接的莫大的关系。
第二次世界大战以后,科学技术的发展达到了一个高潮。随着半导体、计算机、太阳能等产业的发展,我们需要一种特殊的材料----既能导电又是透明的材料。
目前市场上,使用的透明导电薄膜In2O3∶Sn(ITO)薄膜,其技术是成熟的,但In、Sn等材料有自然储量少、制备工艺复杂、成本高、有毒、稳定性差,这些原因都导致急需一种替代产品问世,以满足人们的需要。从20世纪70年代末开始,人们对ZnO薄膜及掺杂体系的研究兴趣日益浓厚,近年来更成为研究透明导电氧化物薄膜的热点,而ZAO薄膜是ZnO掺杂体系中最具代表性的。
在ZnO薄膜中掺杂Al元素形成ZnO:Al薄膜,即ZAO薄膜,也有人称为AZO薄膜。当前透明导电薄膜应用最多的是ITO薄膜,但从资源利用、环境保护、制造成本及性价比等角度考虑,ZAO薄膜无疑是ITO薄膜的强有力竞争者,在不久的将来会取代ITO薄膜成为透明导电薄膜体系中的主导力量。ZAO薄膜与ITO薄膜之间的特点比较如表 1.1 所示:
 
两种薄膜的比较    ZAO薄膜
          ITO薄膜
      
  原材料储量         Zn/Al的自然资源丰富    In/Sn自然界中含量极少
毒副作用         无任何毒、副作用    污染环境,伤害人体健康
各项性能                      无任何差别
稳定性    性能稳定    性能不够稳定
制备工艺    工艺简单    非常复杂
生产成本                低    高
                                表  1.1

二者相比,ZAO薄膜不仅具有与ITO可比拟的电学和光学特性,而且有储量丰富、易于制造、成本较低、无毒、热稳定性好等优点,所以ZnO∶Al(ZAO)薄膜是迄今为止最佳的ITO膜替代品。


1.2 ZAO薄膜的应用前景 
   看一种产品的应用前景如何,主要从三个方面分析:一是原材料是否丰富,价格是否低廉;二是生产制造是否容易,在生产过程中有无环境污染;三是产品性能是否合乎要求,特别是稳定性要好。在光、电特性方面,ZAO薄膜的性能可满足当前商用ITO薄膜的一切指标,且具备储量丰富、易于制造、成本较低、无毒、热稳定性好等一系列的优点,其应用价值和前景不言而喻。
在太阳能电池、平板显示领域、热镜、电磁屏蔽、气敏传感以及电致变色等领域,ZAO薄膜将发挥极大的优势和作用[1-6]。
1.3  ZAO薄膜的研究现状
由于ZAO薄膜应用前景广阔,所以对ZAO薄膜的研究工作较多。从国内外的研究动态来看,主要集中在两个方面:一是对ZAO薄膜的形成理论及性能研究,如晶体结构、组成和光电特性等;二是对ZAO薄膜制备的方法的研究,如镀膜设备和工艺。镀膜设备的研究包括设备的选择、性能要求、各参数的调整和控制;工艺的研究主要是选择工艺过程和参数,其目的都是降低ZAO膜的电阻率,提高可见光区的透射率,使镀膜性能稳定,重复性好,成本低,达到实用要求。
目前,ZAO薄膜还不能像ITO薄膜一样具有市场价值,其原因在于对ZAO薄膜的研究还有不少缺欠。如制备工艺难以控制,导致产品性能稳定性不好,重复性不理想等,但这些问题是能够在今后的研究过程中逐步加以解决的。
我国在上世纪九十年代初期引进了ITO薄膜的生产线,但随着国外在透明导电体系中的研究重点聚焦于ZAO薄膜,我们国家也于九十年代中期开始相关的科研工作。中国科学院金属研究所闻立时等人的研究工作开展的比较早,他们侧重于ZAO膜的组织结构对性能的影响,探讨了制备过程中的工作压力、氧分压、溅射功率、合金靶中A1的掺杂含量等参数与薄膜性能的关系。河北工业大学范志新除研究了ZAO膜的结构、光电特性外,还对磁控溅射、脉冲激光沉积、溶胶一凝胶等工艺进行了研究。复旦大学章壮健等研究了混合物靶的制备及对ZAO膜光电特性的测量原理。苏州大学的葛水兵[7]等使用脉冲激光沉积技术,对制备试样进行霍尔系数测量及SEM, XRD测试分析,详细探讨了基片温度、氧分压等参数对膜的透光率和电阻率的影响,制备出的薄膜电阻率达到9.0×10-4 Ω.cm,载流子浓度为5.8×1020cm-3,透射率为90%.山东大学陈源[8]等采用射频磁控溅射法在三种不同的有机材料衬底上镀制出附着性好、电阻率低、透射性高的ZAO薄膜,并研究了薄膜的结构、电学和光学特性。西安电子科技大学的姜海清用溶胶-凝胶法制备ZAO薄膜,其电阻率在2.52~2.94×10-3 Ω.cm范围内。
从国内外的研究情况来看,国内的ZAO膜还没有达到国外同类产品的水平,仍有待于深入研究。
在众多研究者的努力下,相信ZAO薄膜的商品化一定能够实现。

1.4 本论文研究工作简介
在大量查阅有关ZnO薄膜和ZAO薄膜研究文献的基础上,结合作者目前实验室材料制备设备和测试条件的实际情况,研究工作主要包括以下几个方面:
1、用直流磁控溅射方法,制备ZnO:Al(ZAO)薄膜。
2、应用原子力显微镜(AFM)、台阶仪等测试技术研究ZAO薄膜的结构。
3、分别用紫外-可见分光光度计和椭圆偏振仪测量样品的紫外、可见光透光性能和折射率,研究影响材料透射率的因素。
 
第二章 ZAO薄膜的制备及结构、性能测试
2.1 引言
制备ZAO 薄膜有多种方法,其中研究和应用最广泛的是溅射技术。在溅射过程中,溅射离子的能量较高,高能离子沉积在衬底上进行能量转换,产生较高的热能,使得溅射薄膜与衬底具有良好的附着力,且膜厚可控,重复性好,特别是磁控溅射具有溅射时衬底温升少、溅射速率高等特点。由于溅射法得到的ZnO 薄膜均匀、致密、有良好的取向性和高的可见光波段透过率, 而且工艺简单、容易实现掺杂、成本低、尾气无污染、适宜于规模化生产,国内外不少研究小组都采用这种方法制备和研究ZAO 薄膜。
2.2 直流磁控溅射原理
溅射法沉积薄膜是物理气相沉积的一种,它利用荷电的离子在电场中加速后具有一定动能的特点,将离子引向预溅射的靶电极,在入射离子能量合适的情况下,将靶表面的原子溅射出来。这些被溅射出来的原子将带有一定的动能,并且会沿着一定的方向射向衬底,从而实现在衬底上沉积薄膜。溅射有两条最基本的特点:一是由辉光放电提供的高能离子或中性原子碰撞靶材表面,将其动量传递给靶材;二是动量传递导致某些粒子从靶材表面溅射出来。表征溅射特征的最重要的物理参量是溅

最新论文

网站导航

热门论文