采用射頻磁控共濺射法在玻璃襯底上制備出了Al 與Sn 共摻雜的ZnO(ATZO) 薄膜。在固定ZnO:Al(AZO) 靶濺射功率不變的條件下, 研究了Sn 靶濺射功率對ATZO 薄膜的結(jié)晶質(zhì)量、表面形貌、電學(xué)和光學(xué)性能的影響。結(jié)果表明, 制備的ATZO 薄膜是六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)的多晶薄膜, 具有c 軸擇優(yōu)取向, 而且表面致密均勻。當(dāng)Sn 濺射功率為5 W 時, 330 nm 厚度的ATZO薄膜的電阻率最小為1.49 × 10^{- 3} 歐.cm, 比AZO 薄膜下降了22%。ATZO 薄膜在400 ~ 900 nm 波段的平均透過率為88.92%, 禁帶寬度約為3.62 eV。

　　ZnO 薄膜是一種II-VI 族氧化物寬禁帶多功能直接帶隙半導(dǎo)體材料, 禁帶寬度和激子束縛能分別為3.37 eV 和60 meV, 在半導(dǎo)體激光器、薄膜太陽電池、紫外探測器、薄膜晶體管以及平板顯示器等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。雖然關(guān)于ZnO 薄膜的摻雜已經(jīng)有諸多報道, 但是大部分的研究者都是通過IIIA族的某一種元素( 如Al、Ga、In 等) 摻雜來改善ZnO 薄膜的光電特性。在摻雜的ZnO 中, 特別是Al 摻雜的ZnO(AZO) , 在可見光部分表現(xiàn)出優(yōu)異的透過率, 而且較高的電子遷移率也使其具有良好的電學(xué)性能。

　　真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)在之前的文章中已經(jīng)報道了其它元素和Al共摻雜對進(jìn)一步改善薄膜性能的影響。Jiang 等采用射頻磁控濺射法制備了Al 和Ti 共摻雜的ZnO薄膜, 研究發(fā)現(xiàn)Ti 的摻雜可以減小AZO 薄膜的電阻率, 但同時也引起AZO 薄膜的透過率發(fā)生下降, 制得共摻雜薄膜的最小電阻為7.96 × 10^{- 4} 歐.cm, 可見光波長范圍的平均透過率為75%。Teehan 等采用射頻磁控共濺射法制備了In 和Al 共摻雜的ZnO薄膜并對其熱電性能進(jìn)行了研究, 結(jié)果表明In 的摻雜量對AZO 薄膜的功率因數(shù)有較大的影響, 當(dāng)In 的摻雜量為2% 時, 其功率因數(shù)大約是AZO 薄膜的3倍。薛建設(shè)等用射頻磁控濺射制備Al 和Zr 共摻雜ZnO 薄膜的最小電阻率8.4× 10^{- 3} 歐.cm, 可見光段( 320 ~ 800 nm) 的平均透過率85%。袁玉珍等采用直流磁控濺射法系統(tǒng)地研究了濺射功率、Ar 氣壓強(qiáng)以及薄膜厚度因素對Al 和Zr 共摻雜ZnO 薄膜的影響, 制備出共摻雜薄膜的電阻率為2.39 × 10^-3~ 1.01 × 10^-3 歐cm, 在可見光區(qū)( 500~800 nm) 的平均透過率為91.3% ~ 95.6%。Yu 等采用直流磁控共濺射的方法制備了Al 和Ni 共摻雜的ZnO 薄膜, 主要研究了室溫下薄膜的鐵磁性和光電特性, 制得的薄膜最小電阻率為2× 10^-3 歐.cm,

　　可見光范圍的平均透過率為75% 。另外, 已經(jīng)有研究者報道了用Sn 摻雜ZnO 后還可以改善其場發(fā)射特性。但是, 對于Al 和Sn 共摻雜ZnO(ATZO)薄膜的研究卻鮮見報道。

　　本文利用射頻磁控共濺射法即Sn 靶和AZO 靶同時濺射制備Al 和Sn 共摻雜的ZnO 薄膜。所制得的ATZO 薄膜均為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu), 而且表面致密均勻。ATZO 薄膜最小電阻率為1.49 × 10^-3 歐.cm,比未摻雜Sn 的AZO 薄膜的電阻率大為下降, 所有的樣品在400~ 900 nm 波長范圍的平均透過率大于80% 。

結(jié)論

　　(1) 采用射頻磁控共濺射法制備了Al 與Sn 共摻雜的ZnO 薄膜, ATZO 薄膜具有六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)和( 002) 的擇優(yōu)取向, 表面致密均勻; 當(dāng)Sn 濺射功率為5 W 時, ATZO 薄膜的結(jié)晶質(zhì)量最好。

　　(2) ATZO 薄膜的電阻率隨著Sn 濺射功率的增加先降低后升高, 當(dāng)Sn 濺射功率為5 W 時, 330 nm厚度的薄膜具有最低的電阻率1.49 × 10^-3 歐.cm, 與AZO 薄膜的電阻率相比下降了22% 。厚度約為836nm 的ATZO 薄膜電阻率為8.25 × 10^-4 歐.cm。

　　(3)ATZO 薄膜在400~ 900 nm 波段的平均透過率隨著Sn 濺射功率的增加呈線性下降趨勢, 但是所有樣品的平均透過率均大于80% ; ATZO 薄膜的光學(xué)帶隙隨著Sn 濺射功率的增加先藍(lán)移后紅移。