柔性襯底Zn—Sn—O透明導(dǎo)電膜的特點(diǎn)分析

劉月豹

摘 要：柔性襯底薄膜的光電特性較好，能夠在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用?；谶@種認(rèn)識(shí)，本文利用射頻磁控濺射技術(shù)完成了柔性襯底Zn-Sn-O透明導(dǎo)電膜的制備，并對(duì)該種材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和光電特性展開了分析，從而為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：柔性襯底；Zn-Sn-O透明導(dǎo)電膜；特點(diǎn)

現(xiàn)階段，常用的氧化物薄膜包含ITO、ZnO、SnO2。但是應(yīng)用ITO將遭遇銦擴(kuò)散的問(wèn)題，以至于器件性能將有所衰減。應(yīng)用ZnO則會(huì)出現(xiàn)氧吸附問(wèn)題，從而導(dǎo)致器件的電學(xué)性能不斷降低[ 1 ]。應(yīng)用SnO2，則會(huì)出現(xiàn)較難實(shí)現(xiàn)刻蝕加工的問(wèn)題。進(jìn)行柔性襯底Zn-Sn-O透明導(dǎo)電膜的制備，則能將ZnO和SnO2的優(yōu)點(diǎn)集中起來(lái)。因此，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)柔性襯底Zn-Sn-O透明導(dǎo)電膜的特點(diǎn)分析，以便更好的進(jìn)行該種材料的制備和應(yīng)用。

1 柔性襯底Zn-Sn-O透明導(dǎo)電膜的制備

從以往的研究來(lái)看，在400℃的襯底溫度下利用磁控濺射法能夠完成Zn2SnO4膜的制備。該種導(dǎo)電膜的電阻率約為5.0*10-2Ω°cm，在可見光的范圍內(nèi)，導(dǎo)電膜的平均透過(guò)率將能超出80%。在實(shí)際進(jìn)行柔性襯底Zn-Sn-O透明導(dǎo)電膜制備時(shí)，可以在PPA襯底上完成Zn-Sn-O透明導(dǎo)電膜的制備。

為對(duì)玻璃襯底和柔性襯底的Zn-Sn-O導(dǎo)電膜的特性展開比較，同時(shí)也要在conring7059玻璃襯底上進(jìn)行室溫淀積，從而完成另一種Zn-Sn-O導(dǎo)電膜的制備。而濺射過(guò)程需要在2*10-3Pa基礎(chǔ)真空條件下完成，并利用直徑為8.5cm的陶瓷靶進(jìn)行射頻磁控濺射，靶到基片之間有5cm的距離。使用的原料為純度為99.99%的ZnO和SnO2粉末。按照1：1的比例進(jìn)行原料混合，然后進(jìn)行1400℃高溫?zé)Y(jié)。此外，薄膜的濺射需要在2mPa氧分壓和1Pa氬分壓條件下，并且在室溫環(huán)境中，使用的靶為水冷式。

2 柔性襯底Zn-Sn-O透明導(dǎo)電膜的特點(diǎn)分析

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

使用X射線衍射儀進(jìn)行薄膜結(jié)構(gòu)的測(cè)量和分析，可以發(fā)現(xiàn)玻璃襯底薄膜的厚度為380nm，其中包含O、Sn、Zn和碳元素。而碳元素的產(chǎn)生，可能是由于薄膜制備的過(guò)程中吸附了二氧化碳，從而受到了碳污染。在該種薄膜中，擁有尺寸十分小的非晶顆粒，這一特點(diǎn)也能從其衍射譜中無(wú)明顯衍射峰上得到體現(xiàn)。而在柔性襯底薄膜中，則不包含大顆粒[ 2 ]。產(chǎn)生這一現(xiàn)象，主要是由于使用有機(jī)材料作為襯底將產(chǎn)生較大惰性，無(wú)法較好的與薄膜界面匹配，進(jìn)而導(dǎo)致薄膜致密性稍差。

2.2 光電特性分析

如下表1，使用X射線能譜儀進(jìn)行薄膜測(cè)量可以發(fā)現(xiàn)，柔性襯底薄膜的電阻率能夠達(dá)到1.3*10-2Ω°cm，可見光平均透過(guò)率為82%。而玻璃襯底薄膜的電阻率能夠達(dá)到7.27*10-3Ω°cm，可見光平均透過(guò)率為90%。此外，玻璃襯底薄膜中包含有2.6的[O]/（[Sn]+[Zn]）比例。到了靶中心，這一比例下降至1.5。

分析原因可以發(fā)現(xiàn)，這是由于薄膜在空氣中長(zhǎng)時(shí)間暴露，所以吸附了一定的二氧化碳和氧氣，進(jìn)而導(dǎo)致薄膜表面氧含量較高。而柔性襯底薄膜的這一比例約為0.8，這是由于薄膜表面吸附的氧被Ar+轟擊去除了。從化學(xué)配比上來(lái)看 ，柔性襯底薄膜的氧與理想化學(xué)配比有一定的偏差，氧空位較多。而氧空位為薄膜載流子的來(lái)源，所以薄膜的電阻率有所提高。

在Ar+的轟擊下，薄膜中碳原子含量也有所減小，由此可以證明薄膜中碳元素的存在于薄膜對(duì)二氧化碳的吸附有關(guān)。而隨著濺射功率的增加，無(wú)論是玻璃襯底薄膜還是柔性襯底薄膜的電阻率都有所下降，并在功率達(dá)到100W左右下降至最低。超出100W后，隨著功率的增加，薄膜電阻率開始不斷升高，但是變化幅度有限。

分析原因可以發(fā)現(xiàn)，在功率不大的情況下，濺射得到的原子只會(huì)攜帶較少的能量達(dá)到襯底，所以形成的薄膜擁有較多缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致薄膜電阻率較高。而在功率不斷增加的情況下，薄膜的缺陷逐漸減少，其電阻率也不斷減小。而在功率超出100W后，薄膜的缺陷已經(jīng)減少到一定程度，氧空位也隨之減少，從而導(dǎo)致薄膜載流子減少，進(jìn)而導(dǎo)致薄膜電阻率升高[ 3 ]。

因此，薄膜的最佳制備條件即為100W的濺射功率，在該條件下制備的玻璃襯底薄膜和柔性襯底薄膜電阻率最小。

3 結(jié)論

通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，使用射頻磁控濺射技術(shù)進(jìn)行柔性襯底Zn-Sn-O透明導(dǎo)電膜的制備，在100W的濺射功率下獲得的電阻率最小，約為1.3*10-2Ω°cm，可見光平均透過(guò)率為82%。該種薄膜擁有非晶結(jié)構(gòu)，附著性良好。而薄膜中包含的碳原子來(lái)自于表面吸附作用，薄膜中氧則與理想化學(xué)配比有一定的差距，氧空位較多。

參考文獻(xiàn)：

[1] 魯云華，康文娟，胡知之，等.柔性透明導(dǎo)電膜襯底材料的研究進(jìn)展[J].化工新型材料，2010，09：27-29.

[2] 王雅欣，裴志軍，王爽，等.柔性襯底硅基太陽(yáng)電池ZAO透明導(dǎo)電膜的研究[J].光電子.激光，2012，05：928-932.

[3] 黃紅梁.ITO透明導(dǎo)電膜制備工藝研究[J].硅谷，2012，12：103-104.