磁控溅镀法制备Al掺杂ZnO薄膜的特性分析

孙彦清, 娄本浊, 黄朝军

(陕西理工大学 物理与电信工程学院，汉中 723000)

1 引 言

目前，透明导电薄膜已广泛应用于液晶显示器、触控面板、太阳能电池、发光二极管及有机发光二极管等领域中[1, 2],而在众多透明导电薄膜材料中，铟锡氧化物(ITO)以其良好的光电特性与成熟的制备工艺而被业界所使用[3, 4]，但作为有机发光二管阳极使用时In会扩散到有机层中影响发光效率[5],而ZnO具有较高的功函数，作为有机发光二极管阳极使用时可与电洞传输层相匹配，能有效提高电洞的注入，所以ZnO薄膜作为ITO的替代材料成为了近年来的研究热点[6, 7]. 纯ZnO薄膜的电传导是由化学计量比的偏差所产生，其中自由载子来自于薄膜中的氧空缺以及晶格间隙中Zn所造成的浅层施体能阶[8]. 为了增强ZnO薄膜的导电性，通常会掺入Al、Ga、In等异价元素取代Zn的晶格位置并提供自由电子，从而有效增大载流子浓度[9, 10]，但并非所有的掺杂元素都能形成这种置换形态，也有可能以中性原子存在于晶格中或晶界及表面上，导致无法提供有效的自由电子，故在选择掺杂元素时须考虑离子半径小于并且接近Zn2+半径，同时不与ZnO反应形成二次相[11]. 此外，随着便携型电子产品的飞速发展，具有高透射率、强韧性、比重轻的柔性聚碳酸酯(polycarbonate, PC)材料逐渐取代玻璃作为透明导电薄膜的沉积基板，但Al掺杂ZnO薄膜在PC基板上成长时会因热膨胀系数差异而产生热应力问题，使得薄膜破裂[12-13]. 本研究将以双靶源射频磁控溅……