透明导电GZO薄膜电学和光学性能的研究进展

ZnO因其价格便宜、无毒等优点,最有希望替代昂贵的掺锡氧化铟ITO,但未掺杂ZnO是高阻材料,如何提高其光电性能,制备出高质量的ZnO薄膜是实现其应用的关键。其中,Ga掺杂是提高ZnO性能的一种有效手段。从制备方法、掺杂浓度、生长条件等方面综述了Ga掺杂ZnO(GZO)薄膜光电性能的研究进展,归纳总结后发现:适当增加掺杂量、提高衬底温度等都有利于薄膜光学和电学性能的提高。目前,GZO薄膜电阻率最低可达10-3～10-4Ω.cm,透光率一般可达80%以上,光电性能可以满足透明导电膜的要求,但其性能的稳定性还不如广泛使用的ITO。因此,GZO薄膜要达到实际应用要求,尚需进一步优化工艺,提高其性能的稳定性。     

射频磁控溅射制备ZnO∶Ga透明导电膜及特性

采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备出高质量的镓掺杂氧化锌(ZnO∶Ga)透明导电膜,并对薄膜的结构和光电特性以及制备参数对薄膜性能的影响进行了研究.制备的ZnO∶Ga是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜,最佳择优取向为(002)方向.薄膜的最低电阻率达到了3.9×10-4Ω·cm,方块电阻约为4.6Ω/□,薄膜具有良好的附着性,在可见光区的平均透过率达到90%以上.     

射频磁控溅射制备ZnO：Ga透明导电膜及特性

采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备出高质量的镓掺杂氧化锌 (ZnO∶Ga)透明导电膜 ,并对薄膜的结构和光电特性以及制备参数对薄膜性能的影响进行了研究 .制备的ZnO∶Ga是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜 ,最佳择优取向为 (0 0 2 )方向 .薄膜的最低电阻率达到了 3 9× 10 -4Ω·cm ,方块电阻约为 4 6Ω/□ ,薄膜具有良好的附着性 ,在可见光区的平均透过率达到 90 %以上 .     

柔性衬底硅薄膜太阳电池中ZGO薄膜的应用

在室温下,采用孪生对靶直流磁控溅射工艺,在玻璃衬底上制备出高质量的Ga掺杂ZnO(ZnO:Ga)透明导电膜。研究了薄膜厚度对薄膜的结构、光学及电学特性的影响。制备的ZnO:Ga是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜,最佳择优取向为(002)方向。随着薄膜厚度的增加,衍射峰明显增强,晶粒增大。优化反应条件,薄膜的电阻率达到4.69×10-4Ω.cm,在可见光范围内平均透过率达到了85%以上。将不同厚度的ZnO:Ga薄膜(350～820 nm)在柔性聚酰亚胺衬底nip非晶硅(a-Si)薄膜太阳电池中,随厚度的增加,电池的填充因子和效率都得到了提高,得到聚酰亚胺衬底效率7.09%的a-Si薄膜太阳电池。     

Ga掺杂ZnO氧化物的热学性能的研究

在密度泛函理论和线性响应的密度泛函微扰理论基础上通过第一性原理计算的方法研究了Ga掺杂ZnO氧化物的热学参数和热学性能.计算结果表明,Ga掺杂使ZnO氧化物晶胞增大;在所研究温度范围内,纯的ZnO和Ga掺杂的ZnO的晶格热容均随温度升高不断增大,其晶格热容在最高温度900 K分别达到16.5 Cal.mol^-1K^-1和31.3 Cal.mol^-1K^-1.纯的ZnO和Ga掺杂的ZnO的德拜温度θ_D均随温度升高不断增大.Ga掺杂在ZnO中引入了新的振动模式.     

ZnO透明导电膜的制备方法

ZnO膜是近几年研究较多的、有希望取代ITO膜的大面积、低成本的透明导电膜。本文详细介绍了制备ZnO膜的射频磁控溅射法,制备工艺对膜的电学、光学和结构的影响,各种掺杂对ZnO膜性能的影响。最后,简要介绍了ZnO膜的其它制备方法。     

溅射压强对直流磁控溅射制备ZnO:Ga透明导电薄膜特性的影响

通过直流反应磁控溅射法在玻璃衬底上制备了掺镓ZnO(ZnO:Ga)透明导电薄膜,研究了溅射压强对ZnO:Ga透明导电薄膜结构、形貌和电光学性能的影响.X射线衍射结果表明,所制备的ZnO:Ga薄膜具有C轴择优取向的六角多晶结构.SEM测试表明,ZnO:Ga薄膜的形貌强烈依赖于沉积压强的变化.沉积的ZnO:Ga薄膜最低电阻率可达4.48×10-4Ω·cm,在可见光范围内平均透射率超过90%.     

溅射压强对直流磁控溅射制备ZnO:Ga透明导电薄膜特性的影响

通过直流反应磁控溅射法在玻璃衬底上制备了掺镓ZnO(ZnO:Ga)透明导电薄膜,研究了溅射压强对ZnO:Ga透明导电薄膜结构、形貌和电光学性能的影响.X射线衍射结果表明,所制备的ZnO:Ga薄膜具有C轴择优取向的六角多晶结构.SEM测试表明,ZnO:Ga薄膜的形貌强烈依赖于沉积压强的变化.沉积的ZnO:Ga薄膜最低电阻率可达4.48×10-4Ω·cm,在可见光范围内平均透射率超过90%.     

衬底温度对PLD法制备的ZnO:Ga薄膜结构和性能的影响

利用脉冲激光沉积法在石英衬底上制备了镓掺杂氧化锌(ZnO:Ga)透明导电薄膜,研究了衬底温度对薄膜的结构、表面形貌和光电性能的影响.研究表明:制备的ZnO:Ga薄膜是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜.随着衬底温度的增加,衍射峰明显增强,晶粒尺寸增大.当衬底温度为450℃时,薄膜的最低电阻率为8.5×10<'-4>Ω·cm,...     

利用椭偏仪研究氢气退火处理对ZnO-Ga薄膜光学性能的影响

通过溶胶凝胶技术制备了不同Ga掺杂含量的ZnO透明导电薄膜,研究了Ga掺杂对GZO薄膜结构、电学及光学性能的影响.从X射线衍射光谱分析,所有薄膜均表现为六方纤锌矿结构,经过氢气退火处理之后,薄膜的电学性能均得到提高,当Ga掺杂含量为5 at%时,得到薄膜的电阻率为3.410×10-3 Ω·cm.利用可变入射角椭圆偏振光谱仪(VASE)在270~1 600 nm波长范围内研究了GZO薄膜折射率和消光系数的变化,采用双振子模型对实验数据进行拟合.     

Ga掺杂ZnO薄膜的MOCVD生长及其特性

利用低压MOCVD技术在(0002)蓝宝石上外延获得高质量的ZnO:Ga单晶薄膜,并研究了Ga的不同掺杂浓度对材料电学和光学特性的影响.当Ga/Zn气相摩尔比为3.2 at%时,ZnO(0002)峰半高宽仅为0.26°,载流子浓度高达2.47×1019cm-3,透射率高于90%;当载流子浓度升高时,吸收边出现明显的Burstein-Moss蓝移效应.同时室温光致发光谱显示,紫外峰位随载流子浓度的增加而发生红移,峰形展宽,这和Ga高掺杂所引起的能带重整化效应有关.当Ga/Zn比达到6.3 at%时,由于高掺杂浓度下Ga的自补偿效应导致载流子浓度下降.     

Ga Al In掺杂ZnO电子结构的第一性原理计算

计算了Ga、Al、In掺杂ZnO体系电子结构,分析了掺杂对ZnO晶体的结构、能带、电子态密度、差分电荷分布的影响。所有计算,都是基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法。计算结果表明:在导带底引入了大量由掺杂原子贡献的导电载流子(Ga:2.57×1021cm–3;Al:2.58×1021cm–3;In:2.53×1021cm–3),明显提高了体系的电导率。同时,光学带隙展宽,且向低能方向漂移,可作为优良的透明导电薄膜材料。     

薄膜厚度对ZnO∶Al透明导电膜性能的影响

铝掺杂的氧化锌(ZnO∶Al)透明导电膜是采用射频磁控溅射法在有机衬底(Polypro-pylene adipate, PPA)和Corning 7059玻璃上制备的.详细研究了薄膜的结构性质、光学和电学性质随薄膜厚度的变化关系.制备的ZnO∶Al薄膜具有(002)面的单一择优取向的多晶六角纤锌矿结构,性能优良的薄膜电阻率在两种衬底上分别为2.55×10-3Ω·cm和1.89×10-3Ω·cm,平均透射率达到了80%和85%.     

Al-Zr共掺杂ZnO透明导电薄膜制备及光电性能研究

采用直流磁控溅射法,在室温水冷玻璃衬底上制备出Al-Zr共掺杂的ZnO透明导电薄膜。研究结果表明,Ar气压强对Al-Zr共掺杂ZnO透明导电薄膜的结构和电阻率有显著影响。X射线衍射(XRD)表明,Al-Zr共掺杂ZnO透明导电薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有C轴择优取向。扫描电镜(SEM)观察表明,Ar气压强对Al-Zr共掺杂ZnO透明导电薄膜的微观结构影响较大。薄膜的厚度随Ar气压强的增加而变薄,在Ar气压强为2.5Pa时,制备的Al-Zr共掺杂ZnO薄膜电阻率具有最小值1.01×10-3Ω.cm,在可见光区(500～800nm)平均透过率超过93%。     

Ag掺杂ZnO/GaN异质结可见光吸收特性的第一性原理

ZnO/GaN异质结带隙宽度较宽,制约了对可见光的吸收。为研究Ag对ZnO/GaN异质结可见光吸收的影响,在(1-100)非极性面上构建GaN/ZnO异质结,并用Ag分别取代不同位置的Zn和Ga原子,采用第一性原理计算Ag掺杂对ZnO/GaN异质结稳定性、电子结构、光学性质和带边位置的影响。研究结果表明：Ag掺杂ZnO/GaN异质结形成能为负值,结构稳定;Ag置换Zn和Ga使带隙宽度由2.93 eV分别减小至2.7 eV和2.3 eV,吸收系数和光电导产生红移,有利于可见光的吸收,Ag掺杂ZnO/GaN异质结具有良好的光催化活性。     

薄膜厚度对ZnO：Al透明导电膜性能的影响

铝掺杂的氧化锌 (ZnO∶Al)透明导电膜是采用射频磁控溅射法在有机衬底 (Polypro pyleneadipate,PPA)和Corning 70 5 9玻璃上制备的。详细研究了薄膜的结构性质、光学和电学性质随薄膜厚度的变化关系。制备的ZnO∶Al薄膜具有 (0 0 2 )面的单一择优取向的多晶六角纤锌矿结构 ,性能优良的薄膜电阻率在两种衬底上分别为 2 .5 5× 1 0 - 3 Ω·cm和1 .89× 1 0 - 3 Ω·cm ,平均透射率达到了 80 %和 85 %。     

射频磁控溅射制备ZnO∶Ga透明导电膜及特性

采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备出高质量的镓掺杂氧化锌（ZnO∶Ga）透明导电膜，并对薄膜的结构和光电特性以及制备参数对薄膜性能的影响进行了研究．制备的ZnO∶Ga是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜，最佳择优取向为(002)方向．薄膜的最低电阻率达到了3.9×10－4Ω·cm，方块电阻约为4.6Ω/□，薄膜具有良好的附着性，在可见光区的平均透过率达到90％以上．     

PECVD沉积微晶硅薄膜过程中氢原子对透明导电膜的影响

研究了等离子体放电过程中氢原子对单层SnO2和SnO2/ZnO双层透明导电膜的影响.发现当衬底温度超过150℃,H等离子体处理使SnO2薄膜的透光率显著降低.当在SnO2薄膜表面沉积一层ZnO时,既使ZnO膜的厚度为50nm,也可有效地抑制H原子对SnO2的还原效应,并在SnO2/ZnO双层膜上制备了转换效率为3.8%的微晶硅薄膜太阳电池.     

PECVD沉积微晶硅薄膜过程中氢原子对透明导电膜的影响

研究了等离子体放电过程中氢原子对单层SnO2和SnO2/ZnO双层透明导电膜的影响.发现当衬底温度超过150℃,H等离子体处理使SnO2薄膜的透光率显著降低.当在SnO2薄膜表面沉积一层ZnO时,既使ZnO膜的厚度为50nm,也可有效地抑制H原子对SnO2的还原效应,并在SnO2/ZnO双层膜上制备了转换效率为3.8%的微晶硅薄膜太阳电池.     

Ga掺杂ZnO薄膜的MOCVD生长及其特性

利用低压MOCVD技术在(0002)蓝宝石上外延获得高质量的ZnO∶Ga单晶薄膜,并研究了Ga的不同掺杂浓度对材料电学和光学特性的影响．当Ga/Zn气相摩尔比为3.2 at%时,ZnO(0002)峰半高宽仅为0.26°,载流子浓度高达2.47e19cm－3,透射率高于90%;当载流子浓度升高时,吸收边出现明显的Burstein-Moss蓝移效应．同时室温光致发光谱显示,紫外峰位随载流子浓度的增加而发生红移,峰形展宽,这和Ga高掺杂所引起的能带重整化效应有关．当Ga/Zn比达到6.3 at%时,由于高掺杂浓度下Ga的自补偿效应导致载流子浓度下降．