直流反应磁控溅射ZnO:Al薄膜的制备与膜厚的测量

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)郑州大学物理工程学院材料物理教育部重点实验室 作者:邹上荣

        近年来,铝掺杂氧化锌(ZAO)透明导电薄膜受到了普遍重视,其原因是这种薄膜具有低电阻率、高可见光透过率和对红外波段的高反射率等优异的光电性能,并且ZAO 薄膜的原材料丰富、成本低廉、化学稳定性好、易于实现业化大面积镀膜等优点, 有望在太阳能电池、平板显示器等光电装置中得到广泛应用,因此ZAO 薄膜是值得深入研究的新一代透明导电材料。

        目前用于制备ZAO 薄膜主要的方法有化学气相沉积法,溶胶- 凝胶法,脉冲激光法,等离子体沉积法,热喷涂法及磁控溅射法。在这些工艺中, 直流反应磁控溅射法具有低的沉积温度,高的沉积速率,薄膜厚度可控性好,合金靶易于制作等优点。但是这种工艺的稳定性不易控制,这主要是因为合金靶表面被氧化而产生靶材中毒现象,从而导致靶电压和沉积速率的急剧下降,造成进一步沉积的困难。本文研究了O2 气流量,衬底温度,反应气压和溅射功率等工艺参数对ZAO 薄膜沉积速率的影响规律,以减轻这种现象的影响而进一步提高直流反应磁控溅射技术的沉积速率。

1、薄膜制备

        所有薄膜的制备均在JGP- 450 型磁控溅射设备上进行,实验条件为:靶材为220 mm×80 mm×5 mm 矩形Zn/Al 合金靶,Al 的相对含量为3% ,本底真空度均优于1.3×10- 3 Pa ,靶到衬底的距离为60 mm。选用普通玻璃(50 mm×50 mm×1 mm)作为衬底,用去离子水冲洗后再在丙酮乙醇中采用超声波清洗10 min,然后再次用去离子水冲洗烘干。镀膜前,先用Ar+ 离子对靶预溅射15 min。通入O2 气后, 待靶的电流和电压充分稳定后转开挡板进行沉积,沉积时间为30 min。Ar 气和O2 气的流量由流量计分别控制,Ar 气流量固定为20 sccm。通过调节分子泵闸板阀的排气量以使反应气压控制在0.5~1.1 Pa,沉积温度控制在170~230℃,溅射功率控制在120~180 W。

1、膜厚的测量

        实验中采用干涉光谱法测量薄膜的厚度,所采用的测量仪器是IT- 1810 型紫外可见光分光光度计,利用它绘制薄膜的反射和透射光谱曲线,选取曲线上波长在632.8 nm 相临波峰或波谷所对应的λa、λb 和对应的折射率n,即可求得膜厚d再除以时间即为沉积速率。

膜厚的测量

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