溫度對ZnO:Sn薄膜光電性能分析

許宛媚 朱華

摘要：運用射頻磁控濺射技術，改變濺射溫度（50℃-300℃）在玻璃襯底上生長ZnO：Sn透明導電樣品，采用XRD、紫外-可見分光光度計對薄膜進行光電性能表征。結果發現：隨著溫度的增大，樣品XRD曲線由多峰轉變為（002）單峰，晶粒尺寸從21.9增大到31.7。紫外可見光光譜在400在760nm波長區間平均透射率均在89%以上，薄膜帶隙寬度隨壓強變化不明顯，基本維持在3.33eV-3.34eV左右。

關鍵詞：磁控濺射;ZnO：Sn薄膜;濺射溫度;光電特性

1 引言

氧化鋅（ZnO）是一種Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶直接帶隙半導體材料，具有六角纖鋅礦結構，室溫下禁帶寬度約為3.37eV，決定了其在可見光及近紅外光的高透過率。錫摻雜氧化鋅（TZO）報道較少，Sn相對于Al來說，其非金屬性增強，Sn⁴⁺替代Zn²⁺的位置產生兩個自由電子，與同摻雜濃度的Ⅲ族元素相比，能獲得更高的載流子濃度，且Zn²⁺和Sn⁴⁺離子半徑相近（rZn²⁺=0.074nm，rSn4⁺=0.069nm），Sn能夠容易的替代Zn位置而不會有大的晶格畸變。

2實驗

實驗采用JSD-300高真空磁控濺射鍍膜機，運用13.6MHz射頻電源，純度99.999%的氬氣為濺射源。實驗靶材為直徑2英寸的ZnO：Sn陶瓷靶材，其采用化學純的ZnO和SnO₂粉末（質量比為99：1）經鼓風干燥箱烘干。濺射室本底真空9×10﹣4pa，氬流量9sccm，靶基距7cm，濺射功率160W，壓強1pa，預濺射10min，濺射時間1.5h。實驗過程改變濺射溫度分別50℃，100℃，150℃，200℃，250℃及300℃獲得樣品為a、b、c、d、e及f樣品。

3結果與討論

3.1 XRD結果及分析

結果顯示ZnO：Sn薄膜在300℃只有34?附近的（002）衍射峰，在50℃-250℃除了（002）衍射峰，還有74°附近的（004）衍射峰.這說明SnO₂的摻入既沒有出現二氧化錫的物相，也沒有改變ZnO的六角鉛鋅礦晶體結構，即其垂直襯底方向的C軸擇優生長性能.

晶粒尺寸隨溫度升高呈現線性增加趨勢，開始濺射溫度較低時，氬離子分子數密度低，雖然其分子自由程大，氬離子能量高，但其濺射產額低，晶粒尺寸并不大。隨著濺射溫度的進一步增大，被濺射出的原子或原子團數目增多，其形成的晶核數目增多，但同時其具有較高的能量，會使遷移、晶核融合進而晶粒長大_[2]。

3.2薄膜光學性能分析

3.21紫外-可見光譜及分析

測試了紫外可見光譜，根據結果顯示，所有樣品在400-900nm波長范圍都有較高的透光率，平均透光率分別為92.1%、94.1%、93.4%、93%、94%和94.9%。但在420-900nm波長區間樣品平均透光率均在92.4%- 94.9% 之間波動，這是工作溫度變化使薄膜紫外吸收邊峰發生移動的結果。所有樣品在400nm波長以下透光率急劇下降，樣品a、b、c、d、e及f透過率曲線有多峰出現，但所有樣品峰值波長位置不同，這是薄膜厚度不同帶來的干涉條紋級次不同的結果，薄膜厚度可以根據薄膜干涉理論求出。

參考文獻

[1]Mahmood， Khalid， Munir， Rahim， Kang， Hyun Wook， et al.. An atmospheric pressure-based electrospraying route to fabricate the multi-applications bilayer （AZO/ITO） TCO films[J]. Rsc Advances， 3（48）：25741.

[2] ?諶夏.Sn摻雜ZnO透明導電薄膜的制備與性能研究[D].重慶理工大學

[3]王何美，朱華，張金艷， 等.硼摻雜氧化鋅透明導電薄膜性能的研究[J].功能材料，2016，47（2）：2100-2103

作者簡介：許宛媚（1995-），女，漢，江西樂平，德鎮陶瓷大學在讀研究生，研究方向：納米光電薄膜材料與器件