薄膜物理與技術(shù)論文

　　隨著微電子器件及制造技術(shù)的快速發(fā)展,薄膜物理與相關(guān)制備技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代理工科大學(xué)生必須掌握的一門(mén)重要知識(shí).這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的薄膜物理與技術(shù)論文，僅供參考!

　　薄膜物理與技術(shù)論文篇一

　　無(wú)機(jī)電致發(fā)光薄膜最新研究進(jìn)展

　　1、介紹背景

　　隨著信息技術(shù)的不但發(fā)展，人們對(duì)顯示終端的要求也越來(lái)越高，怎樣制備高水平的顯示終端已成為現(xiàn)在社會(huì)的技術(shù)項(xiàng)目。薄膜電致發(fā)光(TFEL)器件以其主動(dòng)發(fā)光、視角大、平板化、全固化、響應(yīng)速度快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)正好滿(mǎn)足了人們的這種需求 ,倍受人們關(guān)注 ,得以迅速發(fā)展，而無(wú)機(jī)電致發(fā)光薄膜是最有競(jìng)爭(zhēng)潛力的下一代平板顯示技術(shù)之一。

　　五、六十年代 ,人們對(duì)電致發(fā)光器件的研究主要集中在粉末電致發(fā)光器件 (PELD)上。這種粉末狀態(tài)發(fā)光層對(duì)光線(xiàn)的散射造成的低對(duì)比度 ,以及因電極直接接觸發(fā)光層而使發(fā)光層的電流過(guò)大 ,導(dǎo)致器件易老化、易擊穿等缺點(diǎn) ,電致發(fā)光的研究在60年代末期趨于停滯。電致發(fā)光研究的真正革命發(fā)生在 1974 年，日本 Sharp 公司的 T. Inoguchi 等人推出雙絕緣層結(jié)構(gòu)的 TFE器件 ,該器件具有很好的穩(wěn)定性和壽命。單色 TFEL 器件的亮度可達(dá) 8000cd/cm ,壽命可達(dá)上萬(wàn)小時(shí)。日本、美國(guó)和芬蘭等國(guó)已經(jīng)用這種結(jié)構(gòu)做出計(jì)算機(jī)顯示終端。為實(shí)現(xiàn) TFEL 器件的彩色化 ,90 年代初 ,徐敘 等人提出了分層優(yōu)化的器件結(jié)構(gòu)。這對(duì)提高發(fā)光層中碰撞激發(fā)發(fā)光中心實(shí)現(xiàn)發(fā)光的電子能量、提高發(fā)光亮度和發(fā)光效率 ,以及解決“藍(lán)光問(wèn)題”等都具有重要意義。近年來(lái) ,各國(guó)的研究小組也在積極試制各種 TFEL 器件 ,摸索了一套 TFEL 器件的制備工藝 ,為實(shí)現(xiàn) TFEL 器件的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。同時(shí) ,也發(fā)現(xiàn)了一些新問(wèn)題 ,為下一步材料、器件的研究提出了方向。

　　2、介紹TFEL 器件的結(jié)構(gòu)和原理

　　傳統(tǒng)的 TFEL 器件采用夾層結(jié)構(gòu)(如圖 1) ,即在兩絕緣層之間夾一個(gè)發(fā)光層 ,絕緣層外側(cè)為電極層 ,用于施加電壓 ,其中一個(gè)電極層為透明電極 ,使發(fā)光層的發(fā)光能夠透出。電致發(fā)光的物理過(guò)程可簡(jiǎn)述如下(如圖 2)在電場(chǎng)作用下 ,發(fā)光層與絕緣層界面能級(jí)處束縛的電子隧穿發(fā)射至發(fā)光層 1;同時(shí) ,發(fā)光層中雜質(zhì)和缺陷也電離一部分電子 ,這些電子在電場(chǎng)作用下被加速 2 ;當(dāng)其能量增到足夠大時(shí) ,碰撞激發(fā)發(fā)光中心 ,從而實(shí)現(xiàn)發(fā)光 3 ;電子在穿過(guò)發(fā)光層后 ,被另一側(cè)的界面俘獲 4 。薄膜電致發(fā)光器件一般采用交流驅(qū)動(dòng) ,在交流驅(qū)動(dòng)情況下 ,當(dāng)外加電壓反轉(zhuǎn)時(shí) ,上述 4 個(gè)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行 ,從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)光。夾層結(jié)構(gòu)中的絕緣層被一系列的電子加速層所代替,就是我們所說(shuō)的分層優(yōu)化結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中,從電極處發(fā)射的電子,在這些加速層中被多次加速,獲得了足夠高的能量,然后進(jìn)入發(fā)光層,碰撞激發(fā)發(fā)光中心,實(shí)現(xiàn)發(fā)光。這種加速過(guò)程和發(fā)光過(guò)程的分離,使我們能夠獨(dú)立地對(duì)各層進(jìn)行分層優(yōu)化。這無(wú)論是對(duì)電子能量、發(fā)光亮度,還是發(fā)光效率的提高都具有重要意義。

　　3、無(wú)機(jī) TFEL 研究的一般方法

　　發(fā)光粉的制備:發(fā)光粉的典型制備方法是將所需的原材料 ,按一定的化學(xué)計(jì)量比混合均勻 ,壓片 ,將壓好的片在一定的溫度和氣氛下燒結(jié) ,燒結(jié)溫度、環(huán)境氣氛、燒結(jié)時(shí)間的長(zhǎng)短是應(yīng)考慮的幾個(gè)因素。燒結(jié)過(guò)程除了通過(guò)有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)得到所需的基質(zhì)材料外 ,還可使發(fā)光中心向基質(zhì)材料中均勻擴(kuò)散。通常制備硫化物基質(zhì)材料時(shí)還需要補(bǔ)硫 ,這就需要在考慮硫含量的同時(shí) ,還要注意污染問(wèn)題。

　　4、TFEL 所面臨的主要問(wèn)題

　　電致發(fā)光研究在得以迅速發(fā)展的同時(shí) ,也并非總是一帆風(fēng)順的 ,也存在一系列的問(wèn)題。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

　　首先是器件的穩(wěn)定性不夠 ,有些材料在高場(chǎng)作用下內(nèi)部離子發(fā)生遷移。其次是發(fā)光材料的穩(wěn)定性和附著性差。第三是薄膜電致發(fā)光的驅(qū)動(dòng)電壓一般比較高 ,無(wú)法利用通常的集成電路 ,需要高壓集成電路。然而 ,與上述這些問(wèn)題相比 ,更加嚴(yán)重的問(wèn)題在于難于實(shí)現(xiàn)全色顯示。

　　TFEL 的發(fā)展方向就是實(shí)現(xiàn)全色顯示 ,而長(zhǎng)期以來(lái) ,難以得到亮度高、色純度好的藍(lán)色發(fā)光。在全色顯示所需的紅、藍(lán)、綠三基色中 ,紅色和綠色已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用化要求 ,而藍(lán)光的亮度則仍然不夠 ,這已成為實(shí)現(xiàn)全色化的最大障礙 ,即所說(shuō)的“藍(lán)光問(wèn)題”,成為實(shí)現(xiàn)全色化的瓶頸問(wèn)題。另外 ,TFEL 器件還存在效 率不夠高、壽命不夠長(zhǎng)、制備工藝不夠完善等問(wèn)題。

　　5 提高藍(lán)光亮度的新探索

　　盡管 TFEL 顯示還存在種種問(wèn)題 ,但人們對(duì)它的研究興趣卻絲毫未減。在對(duì)發(fā)光材料的研究過(guò)程中也取得一些進(jìn)展 ,幾種常見(jiàn)的發(fā)光材料研究進(jìn)展在表 1 中已經(jīng)給出(表中的 CIE表示發(fā)光顏色的色坐標(biāo) ,下同)。

　　表1 幾種TEFL材料的研究進(jìn)展

　　發(fā)光材料 發(fā)光顏色 CIE CIE 亮度發(fā)光效率 2(cd/m) (lm/W) x y (60Hz)

　　ZnS:Mn 黃色 0.50 0.50 300 3~6 CaS:Eu 紅色 0.68 0.31 12 0.2 ZnS:Mn/fliter 紅色 0.65 0.35 65 0.8 ZnS:Tb 綠色 0.30 0.60 100 0.6~1.3 ZnS:Mn/SrS:Ce 白色 0.44 0.48 470 1.5 藍(lán)光問(wèn)題是阻礙 TFEL 器件實(shí)現(xiàn)全色化的最大障礙。為此 ,各國(guó)的科研小組圍繞著提高藍(lán)光亮度進(jìn)行了大量投入 ,開(kāi)展了多方面的科研工作 ,包括對(duì)器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、改善發(fā)光薄膜的結(jié)晶狀態(tài)、提高發(fā)光中心濃度、改善制備工藝、采用新的制備方法、尋找新的藍(lán)光材料等 ,這些努力都在不同程度上提高了TFEL 器件的藍(lán)光亮度 ,改善了器件性能。人們找到了一些性能較好的藍(lán)色電致發(fā)光材料比如：

　?、賁rS∶Ce是人們最早發(fā)現(xiàn)的性能較好的藍(lán)色電致發(fā)光材料也是人們研究最多的藍(lán)光材料之一。盡管在近幾年的研究中人們又發(fā)現(xiàn)了一些性能較好的藍(lán)色發(fā)光材料 ,但是 SrS∶Ce 仍然被認(rèn)為是最有前途藍(lán)光材料 。以 SrS∶Ce 作為發(fā)光體 ,在 60Hz時(shí)可獲得 100cd/m2 的藍(lán)綠光 ,經(jīng)濾光片濾光后可得到全色顯示所需的藍(lán)光成份。但 SrS∶Ce 的發(fā)光也存在色純度差、SrS材料易潮解等問(wèn)題 ,且 SrS∶Ce 薄膜中存在大量的硫空位 ,這些硫空位的大量存在將會(huì)導(dǎo)致發(fā)光的淬滅。高溫下的退火處理能夠提高 SrS的結(jié)晶質(zhì)量 ,促進(jìn)發(fā)光中心 Ce3+ 的形成。因此 ,退火處理被廣泛應(yīng)用于 SrS∶Ce 的研究中。Kouto等人早在 1994 年就利用退火方法獲得了 1kHz 電壓驅(qū)動(dòng)下發(fā)光亮度為800cd/ m發(fā)光效率為 0.42lm/ W的 SrS∶Ce薄膜電致發(fā)光器件 。最近日本的Taka 等將 SrS∶Ce 器件在 2 %H2S-98 %Ar 氣氛下的退火 ,可使其發(fā)光亮度達(dá)2000cd/m2以上 ,濾光后仍然能夠得到相當(dāng)強(qiáng)的藍(lán)光 。這是因?yàn)?H2S種的 S填補(bǔ)了其中的 S空位 ,使其中的S空位減少的原因。

　?、贛Ga2S4∶Ce (M = Ca ,Sr ,Ba)

　　人們?cè)谘芯苛虼壦猁}MGa2S4∶Ce (M = Ca ,Sr ,Ba)后發(fā)現(xiàn) ,Ce原子在其中的發(fā)光波長(zhǎng)比在 SrS中短 ,色純度較好 ,且這種材料穩(wěn)定性好 ,不易潮解。Bénalloul 等人對(duì)硫代鎵酸鹽進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究 ,在藍(lán)光方面也取得了一些進(jìn)展 ,結(jié)果如表2。硫代鎵酸鹽在實(shí)驗(yàn)室條件下得到了60Hz時(shí)10cd/ m2 的發(fā)光亮度 ,峰值波長(zhǎng)在 459nm。這種材料無(wú)論是亮度、穩(wěn)定性還是色坐標(biāo)都基本達(dá)到了彩色化的要求。因此MGa2S4∶Ce (M = Ca ,Sr ,Ba) 是一種很有意義的藍(lán)色發(fā)光材料。其缺點(diǎn)是發(fā)光效低、發(fā)光材料難以制備、薄膜結(jié)晶狀態(tài)差等。 雖說(shuō)以上這些材料有很好的發(fā)光特性，但都未達(dá)到產(chǎn)業(yè)化的要求。之后直到1999年N.Miura等采取雙源脈沖電子束蒸發(fā)法制備出在50Hz 交流驅(qū)動(dòng)下亮度達(dá)65cd/m2的BaAl2S4:Eu TFEL器件南光薄膜才真正意義上得到應(yīng)用。早在1974年，

　　P.C.Donohue和J.E.Hanlon采用Eu、 Yb、Ca、Sr、Ba、Ca等的硫化物在真空石英管中以碘為礦化劑合成了摻Eu2+發(fā)光中心的堿土硫代鋁酸鹽、堿土硫代鎵酸鹽、堿土硫代銦酸鹽，發(fā)現(xiàn)發(fā)光效率最高的是SrGa2S4:Eu中Eu2+激發(fā)態(tài)躍遷。以后有人發(fā)現(xiàn)了一系列的摻Eu的發(fā)光材料導(dǎo)致對(duì)高性能南光材料BaAl2S4:Eu的發(fā)現(xiàn)。為了提高BaAl2S4:Eu藍(lán)光薄膜的亮度、色純性以及降低退火溫度，人們引入其他元素部分取代BaAl2S4:Eu中Ba位、Al位、S位。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)用Mg取代部分Ba可以降低薄膜的退火溫度;在制備上采取雙源電子束蒸發(fā)一個(gè)源是BaS:Eu，另一個(gè)源是Al2S3，沉積過(guò)程中多數(shù)采用H2S補(bǔ)S，原則上也可采用其他含s的化合物補(bǔ)S;若采用混有元素 S 的四源電子束蒸發(fā)制備BaAl2S4:Eu薄膜并在含元素S的蒸發(fā)源附近設(shè)液氮冷阱以限制過(guò)量S和O2等其他有害物質(zhì)沉積到薄膜，這樣可有效提高薄膜的亮度。但由于雙源脈沖或共蒸發(fā)沉積設(shè)備昂貴且難于實(shí)現(xiàn)大面積鍍膜，濺射法制備BaAl2S4:Eu薄膜近來(lái)被廣泛采用。這種BaAl2S4:Eu薄膜也是以后TFEL器件的主要材料。

　　6 TFEL 器件的前景展望

　　TFEL 顯示器是唯一全固化的平板顯示器 ,它具有主動(dòng)發(fā)光、體積小、視角大、分辨率高、適應(yīng)溫度寬、響應(yīng)速度快和對(duì)比度高等優(yōu)點(diǎn) ,而且比通常的薄膜晶體管 TFT 和液晶 LCD 的制備工序少 ,因此正以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)迅速發(fā)展。單色顯示器已經(jīng)商品化 ,彩色 TFEL 顯示器也已逐漸走向市場(chǎng)。因此 ,TFEL器件具有廣闊的發(fā)展前景。目前 ,藍(lán)光亮度雖已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用化的要求 ,但 TFEL 離全色顯示還有相當(dāng)?shù)囊欢温芬?,今后仍需進(jìn)一步在改進(jìn)工藝、改善器件結(jié)構(gòu)、降低成本、提高器件性能、使 TFEL 器件商品化等方面增大投入?？梢灶A(yù)計(jì) ,一旦實(shí)現(xiàn)完全意義上的全色顯示 ,實(shí)現(xiàn) TFEL 彩色顯示器件的商品化 ,將會(huì)帶來(lái)顯示領(lǐng)域的革命 ,TFEL 器件將會(huì)占有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)份額。

　　薄膜物理與技術(shù)論文篇二

　　AZO薄膜光電性能的研究

　　1.AZO薄膜的應(yīng)用和發(fā)展及其主要性質(zhì)

　　作為新型太陽(yáng)能電池窗口層應(yīng)用的AZO薄膜，是性質(zhì)優(yōu)良的Ⅱ一Ⅵ族摻雜寬帶隙直接躍遷半導(dǎo)體材料，晶體結(jié)構(gòu)為六角纖鋅礦，原料易得、廉價(jià)、無(wú)毒，性能穩(wěn)定，是最具開(kāi)發(fā)潛力的新型功能材料之一。AZO薄膜還具有優(yōu)異的光電性能，如低電阻率及可見(jiàn)光范圍內(nèi)的高透光率，被廣泛應(yīng)用于光電透明導(dǎo)電薄膜、太陽(yáng)能電池電極、磁光、 電光器件、壓電器件、新型發(fā)光材料、緩沖層等領(lǐng)域[1]。

　　作為微摻鋁的ZnO透明導(dǎo)電膜的研究工作最早開(kāi)始于上世紀(jì)80年代初期，Chopra K.L等人最早報(bào)道了利用乙酸鋅和少量aic13的混合溶液熱噴涂的方法制備AZO薄膜[2]。國(guó)內(nèi)近年來(lái)對(duì)AZO薄膜的制備工藝及性能研究也取得了一些顯著的成果。中科院金屬研究所的聞立時(shí)和江健等人在國(guó)內(nèi)較早的開(kāi)始對(duì)AZO薄膜的研究工作，探討了AZO薄膜制備過(guò)程中不同工藝參數(shù)對(duì)薄膜的組織結(jié)構(gòu)和性能的影響[3]。清華大學(xué)的付恩剛和莊大明等人通過(guò)中頻交流磁控濺射法研究了制備工藝中薄膜厚度、襯底溫度以及氬分壓對(duì)薄膜的紅外反射性能的影響，對(duì)制備具有高紅外反射率AZO薄膜的工藝提供了參考和依據(jù)[4]。工程物理研究院的楊曉峰、李強(qiáng)等人對(duì)AZO靶材的制備工藝進(jìn)行了研究[5]。中南大學(xué)的周宏明和易丹青等人研究了溶膠-凝膠法制備AZO薄膜過(guò)程中鋁摻雜量和退火溫度等工藝參數(shù)對(duì)薄膜的光電性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響，且制備的AZO薄膜電阻率為3.210Ω·cm，可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)平均透過(guò)率超過(guò)90%[6]。

　　2.制備方法、原理、制備優(yōu)勢(shì)及其儀器介紹

　　AZO薄膜的制備方法有很多種，如磁控濺射法、溶膠-凝膠法、電子束蒸發(fā)法、脈沖激光沉積法、分子束外延法、原子層沉積法等，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用磁控濺射的方法。

　　磁控濺射是指用高能粒子轟擊固體靶材表面，使得固體表面的原子和分子與入射的高能粒子交換動(dòng)能，從而從固體表面飛濺出來(lái)的現(xiàn)象。濺射出來(lái)的原子或原子團(tuán)由于與高能粒子交換了動(dòng)能，因此具有一定的能量，可以重新凝聚，沉積在固體基片表面上形成薄膜。濺射法制備薄膜通常是利用氣體放電電離后產(chǎn)生的正離子在電場(chǎng)作用下高速轟擊陰極靶材，將陰極靶材的原子或分子擊出，濺射到被鍍基片表面沉積成薄膜。在實(shí)際應(yīng)用中，一般在濺射中加入磁場(chǎng)，通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)改變電子的運(yùn)動(dòng)方向，以此束縛和延長(zhǎng)以提高了電子對(duì)工作氣體離化的幾率，使得轟擊靶材的高能離子增多和轟擊基片的高能電子減少，電子的能量可以有效的得到利用。相對(duì)其它制備薄膜的方法，磁控濺射法有很多優(yōu)勢(shì)，如可以低溫制備、沉積速率快、沉積過(guò)程和參數(shù)易于調(diào)節(jié)控制、襯底和薄膜的黏附性好，對(duì)靶材的幾何形狀沒(méi)有設(shè)計(jì)上的限制，鍍膜均勻性良好，幾乎所有金屬、合金和陶瓷材料都可以用來(lái)做靶材，適宜大規(guī)模生產(chǎn)等[7]。

　　磁控濺射主要有兩種，包括直流磁控濺射和射頻磁控濺射。直流濺射的放電需要依靠離子轟擊靶材產(chǎn)生的二次電子來(lái)維持，所以二次電子必須具有足夠的能量來(lái)離化濺射離子，這就需要在靶和襯底間加一個(gè)高電壓用來(lái)加速二次電子來(lái)增加它的能量。因而，直流濺射只能濺射良導(dǎo)體，而不能制備絕緣介質(zhì)膜。射頻濺射-3

　　是在鍍膜裝置的兩極之間加上一個(gè)高頻電場(chǎng)，等離子體中的電子容易在射頻電場(chǎng)中吸收能量并在電場(chǎng)中振蕩，使得電子與氣體粒子的的碰撞幾率大大增加，從而提高氣體的電離幾率。射頻濺射中，等離子體內(nèi)的電子和離子在高頻電場(chǎng)的作用下交替地向靶極移動(dòng)，因此，射頻濺射可以沉積包括導(dǎo)體、半導(dǎo)體以及絕緣體在內(nèi)的幾乎所有材料，并且由于其氣體的離化率很大，濺射可以在 0.1Pa 甚至更低的氣壓下進(jìn)行[8]。

　　實(shí)驗(yàn)所用的濺射鍍膜裝置的主要部分包括：a.真空系統(tǒng)：由真空室，進(jìn)氣口，排氣口和抽氣系統(tǒng)(分子泵、機(jī)械泵)構(gòu)成。其中電磁閥的作用是防止機(jī)械泵內(nèi)的油回流。b.電源控制裝置：由進(jìn)口的電源與電源匹配器組成。用來(lái)調(diào)節(jié)射頻功率。c.控制裝置：配備有測(cè)真空壓力的電阻規(guī)與電離規(guī)，可測(cè)真空度量級(jí) 10-5，另外還有流量控制器和襯底加熱裝置。d.濺射裝置：濺射裝置由載有襯底的運(yùn)動(dòng)小車(chē)和濺射靶材構(gòu)成，其中靶基距固定為 75mm。下圖為AZO濺射腔室結(jié)構(gòu)示意圖：

　　3.實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)步驟

　　在同一濺射壓強(qiáng)、濺射功率的條件下，研究不同的基底溫度對(duì)射頻磁控濺射制備AZO(厚度為500nm)薄膜的光電等性能的影響;濺射AZO靶材時(shí)，靶材和基片距離6cm，10分鐘預(yù)濺射，濺射壓強(qiáng)為0.25帕，

　　-44.010濺射功率130w，本底真空度帕，基底溫度分別為200、300、400攝氏度，氬氣流量為40sccm。

　　實(shí)驗(yàn)前首先將基底用微波清洗酒精擦干凈后，準(zhǔn)備好樣品放置在托盤(pán)上，將托盤(pán)放置在轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上，然后密閉實(shí)驗(yàn)儀器，打開(kāi)磁控濺射電源和循環(huán)水，關(guān)閉進(jìn)氣口與出氣口。啟動(dòng)機(jī)械泵對(duì)真空室預(yù)抽真空，之后啟動(dòng)分子泵閘板閥開(kāi)至最大，使濺射腔室中本底真空度達(dá)到 10-4Pa數(shù)量級(jí)。打開(kāi)進(jìn)氣口閥門(mén)，打開(kāi)Ar 氣瓶閥門(mén)，將氬氣流量調(diào)節(jié)為40sccm，通過(guò)調(diào)節(jié)閘板閥，使腔室內(nèi)氣壓達(dá)到清洗氣壓，然后打開(kāi)偏壓進(jìn)行清洗。

　　待清洗完畢后，關(guān)閉偏壓，通過(guò)調(diào)節(jié)閘板閥的位置調(diào)節(jié)濺射真空室中的工作氣壓。然后打開(kāi)襯底加熱開(kāi)關(guān)，將襯底加熱到所需要的基底溫度，同時(shí)開(kāi)啟射頻電源，調(diào)節(jié)濺射功率，啟動(dòng)濺射程序，觀察有輝光出現(xiàn)后，將靶材預(yù)濺射 10min。預(yù)濺射完成后，靶材表面的雜質(zhì)會(huì)被打掉，系統(tǒng)起輝達(dá)到穩(wěn)定。調(diào)節(jié)濺射功率至實(shí)驗(yàn)所設(shè)定的數(shù)值，待基底溫度加到所需要的溫度后，稍加偏壓，開(kāi)始濺射。濺射過(guò)程中要注意觀察射頻電源的反射功率是否變化過(guò)大、電流電壓以及濺射氣壓是否穩(wěn)定等。濺射結(jié)束后，先關(guān)閉射頻電源、偏壓、進(jìn)氣口以及加熱開(kāi)關(guān)，將閘板閥開(kāi)到最大，關(guān)閉氣體流量控制閥和Ar氣瓶閥門(mén)，待基底溫度降低到50攝氏度時(shí)，可關(guān)閉加熱電源、電磁閥分子泵及機(jī)械泵，最后關(guān)閉總電源和冷卻水，待腔室內(nèi)溫度達(dá)到室溫后，可從腔室內(nèi)取出樣品，檢測(cè)相關(guān)性能。檢測(cè)完成后，可取制備出的薄膜樣品性能最好的一組，進(jìn)行時(shí)效處理，即熱處理，研究不同退火溫度對(duì)薄膜的光電性能的影響。

　　4.薄膜的性能表征及其原理和儀器

　　采用紫外—可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量樣品可見(jiàn)光范圍內(nèi)的光透過(guò)率。用UV—3600型雙光束紫外一可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)玻璃基底的樣品進(jìn)行了透過(guò)率的分析測(cè)量，測(cè)量范圍為200～900nm。該設(shè)備有兩個(gè)同樣的長(zhǎng)方形支架，一個(gè)放測(cè)試樣品，另一個(gè)放參考空白玻璃襯底以采集臨時(shí)基線(xiàn)。光作用到材料表面會(huì)發(fā)生反射和折射現(xiàn)象,光在材料內(nèi)部傳播時(shí)會(huì)被吸收,要想知道了材料的折射率和吸收系數(shù),可以根據(jù)光照射到材料上的透、反射率和吸收率來(lái)計(jì)算得到。所有的變化在下圖都有標(biāo)出,入射光強(qiáng)是IO,反射光強(qiáng)是IOR,反射系數(shù)由菲dI-I涅爾公式與界面兩邊的材料的折射率來(lái)求，材料內(nèi)部的光按規(guī)律dx吸收，透射光強(qiáng)為2-xI(eo1-R)，所以知道了光的反射和透射后就可以計(jì)算得到薄膜的折射率以及吸收系數(shù)[9]。

　　采用四探針電阻測(cè)試儀測(cè)量樣品的方塊電阻。本實(shí)驗(yàn)測(cè)量采用的是廣州半導(dǎo)體材料研究所的SDY一5型的雙電測(cè)四探針測(cè)試儀。該儀器采用了四探針雙電位組合測(cè)量技術(shù),將范德堡測(cè)量方法應(yīng)用到直線(xiàn)四探針上。利用電壓探針和電流探針的組合變換,進(jìn)行兩次電測(cè)量,其計(jì)算結(jié)果能自動(dòng)消除由樣品幾何尺寸、邊界效應(yīng)以及探針不等距和機(jī)械游移等因素引起的對(duì)測(cè)量結(jié)果不利的影響。氧化物半導(dǎo)體薄膜的導(dǎo)電性用電導(dǎo)率來(lái)表示,電導(dǎo)率正比于載流子濃度和遷移率的乘積,即eneee,式中ne為載流子濃度,e為電子遷移率,e為電子電荷，遷移率定義為單位電場(chǎng)強(qiáng)度下的漂移速度,它反映薄膜的內(nèi)部性質(zhì),通常用電阻率來(lái)表征:1Rte，其中R和t分別為薄膜表面方塊電阻和薄膜的厚度，通常測(cè)透明導(dǎo)電薄膜的方塊電阻采用四探針?lè)y(cè)量，其原理如下圖所示：

　　四個(gè)探針平行，彼此距離相同都為1mm,測(cè)量時(shí)在探針1、4間施加一直流電壓,針1在膜中產(chǎn)生的電場(chǎng)E是以該針為中心,在膜一平面內(nèi)輻射場(chǎng)距針1為s的場(chǎng)強(qiáng)為:2sjI2rt，此電場(chǎng)在2、3間產(chǎn)生的電位V23差為：IIln22xt2tss，式中I為通過(guò)針1的電流強(qiáng)度。同理,把針4視為負(fù)場(chǎng)源,它在針2、V'233間產(chǎn)生的電位差為：IIln22xt2t2sR，故方塊電阻tVln2I，因此測(cè)出探針2、

　　3之間電壓V和流過(guò)探針1的電流I就可以求出方塊電阻R。

　　采用霍爾系數(shù)測(cè)量?jī)x測(cè)量薄膜的載流子濃度及霍爾遷移率。霍爾測(cè)量是測(cè)試薄膜電學(xué)性能最常用的方法,在己知薄膜厚度的前提下,通過(guò)霍爾測(cè)量可以給出薄膜的導(dǎo)電類(lèi)型、電阻率、載流子濃度和霍爾遷移率,根據(jù)霍爾測(cè)量的結(jié)果可以對(duì)薄膜的電學(xué)性能進(jìn)行詳細(xì)的分析，并且通過(guò)不同溫度下的霍爾測(cè)量,可以對(duì)載流子的散射機(jī)制進(jìn)行分析?；驹硎抢没魻栃?yīng)：指通過(guò)電流的半導(dǎo)體在垂直電流方向的磁場(chǎng)作用下，在與電流和磁場(chǎng)垂直的方向上形成電荷積累和出現(xiàn)電勢(shì)差的現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)采用的霍爾系數(shù)測(cè)量?jī)x中的霍爾測(cè)量電路如下圖，其中A是恒流源,V是高、低電位差計(jì)及檢流計(jì)系統(tǒng)或數(shù)字電壓表。根據(jù)霍爾測(cè)量的這些結(jié)果，可以詳細(xì)的對(duì)薄膜的電學(xué)性能進(jìn)行分析。

　　5.其它透明導(dǎo)電薄膜及其制備方式和應(yīng)用領(lǐng)域

　　除了半導(dǎo)體薄膜中的AZO透明導(dǎo)電薄膜外，目前的透明導(dǎo)電薄膜還主要有金屬膜系、氧化物膜系、其他化合物膜系、高分子膜系、復(fù)合膜系等。金屬膜系導(dǎo)電性能好，但是透明率差。半導(dǎo)體薄膜系列剛好相反，導(dǎo)電性差，透明率高。當(dāng)前研究和應(yīng)用最為廣泛的是金屬膜系和氧化物膜系。透明導(dǎo)電薄膜主要用于光電器件(如LED、薄膜太陽(yáng)能電池等)的窗口材料。1907年Badeker首先報(bào)道了 Cd 膜在輝光放電室沉積氧化后的透明導(dǎo)電現(xiàn)象，也有文獻(xiàn)報(bào)道 Cd的氧化物的透明導(dǎo)電性是在1951年首次報(bào)道的。5年后相繼有其它寬帶氧化物半導(dǎo)體的透明導(dǎo)電性能報(bào)告,并將其用于 heated windows(窗體致熱)。類(lèi)似于AZO的氧化物薄膜還有GZO薄膜，此外，最常見(jiàn)的透明導(dǎo)電薄膜為ITO(錫摻雜三氧化銦)，主要采用磁控濺射法、溶膠-凝膠法、真空蒸發(fā)法、噴霧熱分解法、化學(xué)氣相沉積法等來(lái)制備，ITO薄膜具有透光性好、電阻率低、易刻蝕和易低溫制備等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于液晶電視、 建筑用節(jié)能視窗、太陽(yáng)能電池、 轎車(chē)風(fēng)擋等方面。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]文軍, 陳長(zhǎng)樂(lè), 潘峰, 等. 摻雜ZnO薄膜的研究現(xiàn)狀[J]. 材料導(dǎo)報(bào), 2008, 1. [2]Chopra K L, Major S, Pandya D K. Transparent Conductors-A Status Review[J].Thin Solid Films, 1983,(102):1-46.

　　[3]聞立時(shí),江鍵,巴德純.ZnO:A1 的制備和工藝參數(shù)對(duì)其電阻率的影響[J]. 真空,2000, (6):24-28.

　　[4]付恩剛,莊大明,張弓.摻鋁氧化鋅薄膜的紅外性能及機(jī)制[J].金屬學(xué)報(bào),

　　[5]楊曉峰,李強(qiáng),等.氧化鋅鋁(ZAO)靶材的制備及性能研究[J].材料導(dǎo)報(bào), 2009(23): 350-352.

　　[6]周宏明,易丹青,等人.溶膠-凝膠法制備的 ZnO:A1 薄膜的微觀結(jié)構(gòu)及光學(xué)電學(xué)性能[J].金屬學(xué)報(bào), 2006, 42(5):505-510.

　　[7] 劉著光.射頻磁控濺射 ZnO:Al 薄膜及其特性研究[D].廈門(mén):廈門(mén)大學(xué)凝聚態(tài)物理碩士學(xué)位論文,2008:20-24.

　　[8] 張以忱,等.真空鍍膜技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2009:82-106.

　　[9]夏志林. 電子束蒸發(fā)制備 AZO 薄膜的光電性能研究 [D][D]. 武漢: 武漢理工大學(xué), 2004.