● 摘要
随着光电产业的迅速发展，透明导电薄膜（TCO）由于其在光学和电学方面的特殊性能，在诸多行业都有广泛应用。ZnO是一种优良的宽禁带高激子束缚能化合物半导体材料，其掺入某些金属元素后具有接近金属的电导率，对可见光具有高的透射比，而对红外光又具有高的反射比，同时有较强的附着力和化学稳定性，是一种非常优异的透明导电材料。Al掺杂的ZnO（ZAO）因其资源贮备丰富，且无毒无害，是铟锡氧化物（ITO）的理想替代物。利用自行设计改进的大气开放式MOCVD装置在较低温度（170℃-270℃）下成功的制备了掺铝氧化锌透明导电薄膜ZAO，其电阻率可降至10－4Ω•cm量级，透过率在80%以上。改进后的装置实现了对水蒸气的可控操作，无需高昂的真空设备，操作过程简单，沉积温度低，能有效降低生产成本。制得的ZAO薄膜为连续、致密的纳米多晶薄膜，具有六方纤锌矿结构且沿C轴择优取向生长，薄膜表面平整度较好，粗糙度较小。XPS结果表明掺铝氧化锌薄膜ZAO中Al进入了ZnO晶格，主要是以氧化态形式存在，且薄膜中Al含量与原始配料中的含量基本保持一致，化学组成漂移较小。本文探讨了掺杂浓度、衬底温度、载气流量等工艺参数对薄膜生长和光电性能的影响。电阻率随衬底温度和掺杂浓度的增大均呈现先降低后升高的变化规律，这与Al在ZnO晶格中的固溶度有关，较低的载气流速下能得到电阻率低的透明导电薄膜。掺铝氧化锌透明导电薄膜具有在紫外光区强吸收性，可见光区高透过的特性，用大气开放式MOCVD制备的ZAO透明导电薄膜透过率在80%以上。薄膜生长形貌对透过率有较大影响，结晶性能好的薄膜透过率降低，这可能与晶粒散射和表面粗糙度引起的漫反射有关。性能指数φTC（φTC=T10/RS，T：透过率；Rs：方块电阻）能综合评价透明导电薄膜的光、电性能，性能指数越大，光电性能越佳。在Al掺杂量Al％＝2％（原子比），衬底温度为220℃，锌源载气流量为0.8L/min，水蒸气载气流量为0.2L/min时可得到光、电性能最佳的透明导电薄膜。