薄膜物理與技術(shù)論文

　　隨著微電子器件及制造技術(shù)的快速發(fā)展,薄膜物理與相關(guān)制備技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代理工科大學(xué)生必須掌握的一門重要知識(shí).這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的薄膜物理與技術(shù)論文，僅供參考!

　　薄膜物理與技術(shù)論文篇一

　　無機(jī)電致發(fā)光薄膜最新研究進(jìn)展

　　1、介紹背景

　　隨著信息技術(shù)的不但發(fā)展，人們對(duì)顯示終端的要求也越來越高，怎樣制備高水平的顯示終端已成為現(xiàn)在社會(huì)的技術(shù)項(xiàng)目。薄膜電致發(fā)光(TFEL)器件以其主動(dòng)發(fā)光、視角大、平板化、全固化、響應(yīng)速度快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、壽命長等優(yōu)點(diǎn)正好滿足了人們的這種需求 ,倍受人們關(guān)注 ,得以迅速發(fā)展，而無機(jī)電致發(fā)光薄膜是最有競(jìng)爭潛力的下一代平板顯示技術(shù)之一。

　　五、六十年代 ,人們對(duì)電致發(fā)光器件的研究主要集中在粉末電致發(fā)光器件 (PELD)上。這種粉末狀態(tài)發(fā)光層對(duì)光線的散射造成的低對(duì)比度 ,以及因電極直接接觸發(fā)光層而使發(fā)光層的電流過大 ,導(dǎo)致器件易老化、易擊穿等缺點(diǎn) ,電致發(fā)光的研究在60年代末期趨于停滯。電致發(fā)光研究的真正革命發(fā)生在 1974 年，日本 Sharp 公司的 T. Inoguchi 等人推出雙絕緣層結(jié)構(gòu)的 TFE器件 ,該器件具有很好的穩(wěn)定性和壽命。單色 TFEL 器件的亮度可達(dá) 8000cd/cm ,壽命可達(dá)上萬小時(shí)。日本、美國和芬蘭等國已經(jīng)用這種結(jié)構(gòu)做出計(jì)算機(jī)顯示終端。為實(shí)現(xiàn) TFEL 器件的彩色化 ,90 年代初 ,徐敘 等人提出了分層優(yōu)化的器件結(jié)構(gòu)。這對(duì)提高發(fā)光層中碰撞激發(fā)發(fā)光中心實(shí)現(xiàn)發(fā)光的電子能量、提高發(fā)光亮度和發(fā)光效率 ,以及解決“藍(lán)光問題”等都具有重要意義。近年來 ,各國的研究小組也在積極試制各種 TFEL 器件 ,摸索了一套 TFEL 器件的制備工藝 ,為實(shí)現(xiàn) TFEL 器件的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。同時(shí) ,也發(fā)現(xiàn)了一些新問題 ,為下一步材料、器件的研究提出了方向。

　　2、介紹TFEL 器件的結(jié)構(gòu)和原理

　　傳統(tǒng)的 TFEL 器件采用夾層結(jié)構(gòu)(如圖 1) ,即在兩絕緣層之間夾一個(gè)發(fā)光層 ,絕緣層外側(cè)為電極層 ,用于施加電壓 ,其中一個(gè)電極層為透明電極 ,使發(fā)光層的發(fā)光能夠透出。電致發(fā)光的物理過程可簡述如下(如圖 2)在電場(chǎng)作用下 ,發(fā)光層與絕緣層界面能級(jí)處束縛的電子隧穿發(fā)射至發(fā)光層 1;同時(shí) ,發(fā)光層中雜質(zhì)和缺陷也電離一部分電子 ,這些電子在電場(chǎng)作用下被加速 2 ;當(dāng)其能量增到足夠大時(shí) ,碰撞激發(fā)發(fā)光中心 ,從而實(shí)現(xiàn)發(fā)光 3 ;電子在穿過發(fā)光層后 ,被另一側(cè)的界面俘獲 4 。薄膜電致發(fā)光器件一般采用交流驅(qū)動(dòng) ,在交流驅(qū)動(dòng)情況下 ,當(dāng)外加電壓反轉(zhuǎn)時(shí) ,上述 4 個(gè)過程重復(fù)進(jìn)行 ,從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)光。夾層結(jié)構(gòu)中的絕緣層被一系列的電子加速層所代替,就是我們所說的分層優(yōu)化結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中,從電極處發(fā)射的電子,在這些加速層中被多次加速,獲得了足夠高的能量,然后進(jìn)入發(fā)光層,碰撞激發(fā)發(fā)光中心,實(shí)現(xiàn)發(fā)光。這種加速過程和發(fā)光過程的分離,使我們能夠獨(dú)立地對(duì)各層進(jìn)行分層優(yōu)化。這無論是對(duì)電子能量、發(fā)光亮度,還是發(fā)光效率的提高都具有重要意義。

　　3、無機(jī) TFEL 研究的一般方法

　　發(fā)光粉的制備:發(fā)光粉的典型制備方法是將所需的原材料 ,按一定的化學(xué)計(jì)量比混合均勻 ,壓片 ,將壓好的片在一定的溫度和氣氛下燒結(jié) ,燒結(jié)溫度、環(huán)境氣氛、燒結(jié)時(shí)間的長短是應(yīng)考慮的幾個(gè)因素。燒結(jié)過程除了通過有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)得到所需的基質(zhì)材料外 ,還可使發(fā)光中心向基質(zhì)材料中均勻擴(kuò)散。通常制備硫化物基質(zhì)材料時(shí)還需要補(bǔ)硫 ,這就需要在考慮硫含量的同時(shí) ,還要注意污染問題。

　　4、TFEL 所面臨的主要問題

　　電致發(fā)光研究在得以迅速發(fā)展的同時(shí) ,也并非總是一帆風(fēng)順的 ,也存在一系列的問題。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

　　首先是器件的穩(wěn)定性不夠 ,有些材料在高場(chǎng)作用下內(nèi)部離子發(fā)生遷移。其次是發(fā)光材料的穩(wěn)定性和附著性差。第三是薄膜電致發(fā)光的驅(qū)動(dòng)電壓一般比較高 ,無法利用通常的集成電路 ,需要高壓集成電路。然而 ,與上述這些問題相比 ,更加嚴(yán)重的問題在于難于實(shí)現(xiàn)全色顯示。

　　TFEL 的發(fā)展方向就是實(shí)現(xiàn)全色顯示 ,而長期以來 ,難以得到亮度高、色純度好的藍(lán)色發(fā)光。在全色顯示所需的紅、藍(lán)、綠三基色中 ,紅色和綠色已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用化要求 ,而藍(lán)光的亮度則仍然不夠 ,這已成為實(shí)現(xiàn)全色化的最大障礙 ,即所說的“藍(lán)光問題”,成為實(shí)現(xiàn)全色化的瓶頸問題。另外 ,TFEL 器件還存在效 率不夠高、壽命不夠長、制備工藝不夠完善等問題。

　　5 提高藍(lán)光亮度的新探索

　　盡管 TFEL 顯示還存在種種問題 ,但人們對(duì)它的研究興趣卻絲毫未減。在對(duì)發(fā)光材料的研究過程中也取得一些進(jìn)展 ,幾種常見的發(fā)光材料研究進(jìn)展在表 1 中已經(jīng)給出(表中的 CIE表示發(fā)光顏色的色坐標(biāo) ,下同)。

　　表1 幾種TEFL材料的研究進(jìn)展

　　發(fā)光材料 發(fā)光顏色 CIE CIE 亮度發(fā)光效率 2(cd/m) (lm/W) x y (60Hz)

　　ZnS:Mn 黃色 0.50 0.50 300 3~6 CaS:Eu 紅色 0.68 0.31 12 0.2 ZnS:Mn/fliter 紅色 0.65 0.35 65 0.8 ZnS:Tb 綠色 0.30 0.60 100 0.6~1.3 ZnS:Mn/SrS:Ce 白色 0.44 0.48 470 1.5 藍(lán)光問題是阻礙 TFEL 器件實(shí)現(xiàn)全色化的最大障礙。為此 ,各國的科研小組圍繞著提高藍(lán)光亮度進(jìn)行了大量投入 ,開展了多方面的科研工作 ,包括對(duì)器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、改善發(fā)光薄膜的結(jié)晶狀態(tài)、提高發(fā)光中心濃度、改善制備工藝、采用新的制備方法、尋找新的藍(lán)光材料等 ,這些努力都在不同程度上提高了TFEL 器件的藍(lán)光亮度 ,改善了器件性能。人們找到了一些性能較好的藍(lán)色電致發(fā)光材料比如：

　　①SrS∶Ce是人們最早發(fā)現(xiàn)的性能較好的藍(lán)色電致發(fā)光材料也是人們研究最多的藍(lán)光材料之一。盡管在近幾年的研究中人們又發(fā)現(xiàn)了一些性能較好的藍(lán)色發(fā)光材料 ,但是 SrS∶Ce 仍然被認(rèn)為是最有前途藍(lán)光材料 。以 SrS∶Ce 作為發(fā)光體 ,在 60Hz時(shí)可獲得 100cd/m2 的藍(lán)綠光 ,經(jīng)濾光片濾光后可得到全色顯示所需的藍(lán)光成份。但 SrS∶Ce 的發(fā)光也存在色純度差、SrS材料易潮解等問題 ,且 SrS∶Ce 薄膜中存在大量的硫空位 ,這些硫空位的大量存在將會(huì)導(dǎo)致發(fā)光的淬滅。高溫下的退火處理能夠提高 SrS的結(jié)晶質(zhì)量 ,促進(jìn)發(fā)光中心 Ce3+ 的形成。因此 ,退火處理被廣泛應(yīng)用于 SrS∶Ce 的研究中。Kouto等人早在 1994 年就利用退火方法獲得了 1kHz 電壓驅(qū)動(dòng)下發(fā)光亮度為800cd/ m發(fā)光效率為 0.42lm/ W的 SrS∶Ce薄膜電致發(fā)光器件 。最近日本的Taka 等將 SrS∶Ce 器件在 2 %H2S-98 %Ar 氣氛下的退火 ,可使其發(fā)光亮度達(dá)2000cd/m2以上 ,濾光后仍然能夠得到相當(dāng)強(qiáng)的藍(lán)光 。這是因?yàn)?H2S種的 S填補(bǔ)了其中的 S空位 ,使其中的S空位減少的原因。

　?、贛Ga2S4∶Ce (M = Ca ,Sr ,Ba)

　　人們?cè)谘芯苛虼壦猁}MGa2S4∶Ce (M = Ca ,Sr ,Ba)后發(fā)現(xiàn) ,Ce原子在其中的發(fā)光波長比在 SrS中短 ,色純度較好 ,且這種材料穩(wěn)定性好 ,不易潮解。Bénalloul 等人對(duì)硫代鎵酸鹽進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究 ,在藍(lán)光方面也取得了一些進(jìn)展 ,結(jié)果如表2。硫代鎵酸鹽在實(shí)驗(yàn)室條件下得到了60Hz時(shí)10cd/ m2 的發(fā)光亮度 ,峰值波長在 459nm。這種材料無論是亮度、穩(wěn)定性還是色坐標(biāo)都基本達(dá)到了彩色化的要求。因此MGa2S4∶Ce (M = Ca ,Sr ,Ba) 是一種很有意義的藍(lán)色發(fā)光材料。其缺點(diǎn)是發(fā)光效低、發(fā)光材料難以制備、薄膜結(jié)晶狀態(tài)差等。 雖說以上這些材料有很好的發(fā)光特性，但都未達(dá)到產(chǎn)業(yè)化的要求。之后直到1999年N.Miura等采取雙源脈沖電子束蒸發(fā)法制備出在50Hz 交流驅(qū)動(dòng)下亮度達(dá)65cd/m2的BaAl2S4:Eu TFEL器件南光薄膜才真正意義上得到應(yīng)用。早在1974年，

　　P.C.Donohue和J.E.Hanlon采用Eu、 Yb、Ca、Sr、Ba、Ca等的硫化物在真空石英管中以碘為礦化劑合成了摻Eu2+發(fā)光中心的堿土硫代鋁酸鹽、堿土硫代鎵酸鹽、堿土硫代銦酸鹽，發(fā)現(xiàn)發(fā)光效率最高的是SrGa2S4:Eu中Eu2+激發(fā)態(tài)躍遷。以后有人發(fā)現(xiàn)了一系列的摻Eu的發(fā)光材料導(dǎo)致對(duì)高性能南光材料BaAl2S4:Eu的發(fā)現(xiàn)。為了提高BaAl2S4:Eu藍(lán)光薄膜的亮度、色純性以及降低退火溫度，人們引入其他元素部分取代BaAl2S4:Eu中Ba位、Al位、S位。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)用Mg取代部分Ba可以降低薄膜的退火溫度;在制備上采取雙源電子束蒸發(fā)一個(gè)源是BaS:Eu，另一個(gè)源是Al2S3，沉積過程中多數(shù)采用H2S補(bǔ)S，原則上也可采用其他含s的化合物補(bǔ)S;若采用混有元素 S 的四源電子束蒸發(fā)制備BaAl2S4:Eu薄膜并在含元素S的蒸發(fā)源附近設(shè)液氮冷阱以限制過量S和O2等其他有害物質(zhì)沉積到薄膜，這樣可有效提高薄膜的亮度。但由于雙源脈沖或共蒸發(fā)沉積設(shè)備昂貴且難于實(shí)現(xiàn)大面積鍍膜，濺射法制備BaAl2S4:Eu薄膜近來被廣泛采用。這種BaAl2S4:Eu薄膜也是以后TFEL器件的主要材料。

　　6 TFEL 器件的前景展望

　　TFEL 顯示器是唯一全固化的平板顯示器 ,它具有主動(dòng)發(fā)光、體積小、視角大、分辨率高、適應(yīng)溫度寬、響應(yīng)速度快和對(duì)比度高等優(yōu)點(diǎn) ,而且比通常的薄膜晶體管 TFT 和液晶 LCD 的制備工序少 ,因此正以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)迅速發(fā)展。單色顯示器已經(jīng)商品化 ,彩色 TFEL 顯示器也已逐漸走向市場(chǎng)。因此 ,TFEL器件具有廣闊的發(fā)展前景。目前 ,藍(lán)光亮度雖已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用化的要求 ,但 TFEL 離全色顯示還有相當(dāng)?shù)囊欢温芬?,今后仍需進(jìn)一步在改進(jìn)工藝、改善器件結(jié)構(gòu)、降低成本、提高器件性能、使 TFEL 器件商品化等方面增大投入?？梢灶A(yù)計(jì) ,一旦實(shí)現(xiàn)完全意義上的全色顯示 ,實(shí)現(xiàn) TFEL 彩色顯示器件的商品化 ,將會(huì)帶來顯示領(lǐng)域的革命 ,TFEL 器件將會(huì)占有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)份額。

　　薄膜物理與技術(shù)論文篇二

　　AZO薄膜光電性能的研究

　　1.AZO薄膜的應(yīng)用和發(fā)展及其主要性質(zhì)

　　作為新型太陽能電池窗口層應(yīng)用的AZO薄膜，是性質(zhì)優(yōu)良的Ⅱ一Ⅵ族摻雜寬帶隙直接躍遷半導(dǎo)體材料，晶體結(jié)構(gòu)為六角纖鋅礦，原料易得、廉價(jià)、無毒，性能穩(wěn)定，是最具開發(fā)潛力的新型功能材料之一。AZO薄膜還具有優(yōu)異的光電性能，如低電阻率及可見光范圍內(nèi)的高透光率，被廣泛應(yīng)用于光電透明導(dǎo)電薄膜、太陽能電池電極、磁光、 電光器件、壓電器件、新型發(fā)光材料、緩沖層等領(lǐng)域[1]。

　　作為微摻鋁的ZnO透明導(dǎo)電膜的研究工作最早開始于上世紀(jì)80年代初期，Chopra K.L等人最早報(bào)道了利用乙酸鋅和少量aic13的混合溶液熱噴涂的方法制備AZO薄膜[2]。國內(nèi)近年來對(duì)AZO薄膜的制備工藝及性能研究也取得了一些顯著的成果。中科院金屬研究所的聞立時(shí)和江健等人在國內(nèi)較早的開始對(duì)AZO薄膜的研究工作，探討了AZO薄膜制備過程中不同工藝參數(shù)對(duì)薄膜的組織結(jié)構(gòu)和性能的影響[3]。清華大學(xué)的付恩剛和莊大明等人通過中頻交流磁控濺射法研究了制備工藝中薄膜厚度、襯底溫度以及氬分壓對(duì)薄膜的紅外反射性能的影響，對(duì)制備具有高紅外反射率AZO薄膜的工藝提供了參考和依據(jù)[4]。工程物理研究院的楊曉峰、李強(qiáng)等人對(duì)AZO靶材的制備工藝進(jìn)行了研究[5]。中南大學(xué)的周宏明和易丹青等人研究了溶膠-凝膠法制備AZO薄膜過程中鋁摻雜量和退火溫度等工藝參數(shù)對(duì)薄膜的光電性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響，且制備的AZO薄膜電阻率為3.210Ω·cm，可見光波長范圍內(nèi)平均透過率超過90%[6]。

　　2.制備方法、原理、制備優(yōu)勢(shì)及其儀器介紹

　　AZO薄膜的制備方法有很多種，如磁控濺射法、溶膠-凝膠法、電子束蒸發(fā)法、脈沖激光沉積法、分子束外延法、原子層沉積法等，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用磁控濺射的方法。

　　磁控濺射是指用高能粒子轟擊固體靶材表面，使得固體表面的原子和分子與入射的高能粒子交換動(dòng)能，從而從固體表面飛濺出來的現(xiàn)象。濺射出來的原子或原子團(tuán)由于與高能粒子交換了動(dòng)能，因此具有一定的能量，可以重新凝聚，沉積在固體基片表面上形成薄膜。濺射法制備薄膜通常是利用氣體放電電離后產(chǎn)生的正離子在電場(chǎng)作用下高速轟擊陰極靶材，將陰極靶材的原子或分子擊出，濺射到被鍍基片表面沉積成薄膜。在實(shí)際應(yīng)用中，一般在濺射中加入磁場(chǎng)，通過磁場(chǎng)來改變電子的運(yùn)動(dòng)方向，以此束縛和延長以提高了電子對(duì)工作氣體離化的幾率，使得轟擊靶材的高能離子增多和轟擊基片的高能電子減少，電子的能量可以有效的得到利用。相對(duì)其它制備薄膜的方法，磁控濺射法有很多優(yōu)勢(shì)，如可以低溫制備、沉積速率快、沉積過程和參數(shù)易于調(diào)節(jié)控制、襯底和薄膜的黏附性好，對(duì)靶材的幾何形狀沒有設(shè)計(jì)上的限制，鍍膜均勻性良好，幾乎所有金屬、合金和陶瓷材料都可以用來做靶材，適宜大規(guī)模生產(chǎn)等[7]。

　　磁控濺射主要有兩種，包括直流磁控濺射和射頻磁控濺射。直流濺射的放電需要依靠離子轟擊靶材產(chǎn)生的二次電子來維持，所以二次電子必須具有足夠的能量來離化濺射離子，這就需要在靶和襯底間加一個(gè)高電壓用來加速二次電子來增加它的能量。因而，直流濺射只能濺射良導(dǎo)體，而不能制備絕緣介質(zhì)膜。射頻濺射-3

　　是在鍍膜裝置的兩極之間加上一個(gè)高頻電場(chǎng)，等離子體中的電子容易在射頻電場(chǎng)中吸收能量并在電場(chǎng)中振蕩，使得電子與氣體粒子的的碰撞幾率大大增加，從而提高氣體的電離幾率。射頻濺射中，等離子體內(nèi)的電子和離子在高頻電場(chǎng)的作用下交替地向靶極移動(dòng)，因此，射頻濺射可以沉積包括導(dǎo)體、半導(dǎo)體以及絕緣體在內(nèi)的幾乎所有材料，并且由于其氣體的離化率很大，濺射可以在 0.1Pa 甚至更低的氣壓下進(jìn)行[8]。

　　實(shí)驗(yàn)所用的濺射鍍膜裝置的主要部分包括：a.真空系統(tǒng)：由真空室，進(jìn)氣口，排氣口和抽氣系統(tǒng)(分子泵、機(jī)械泵)構(gòu)成。其中電磁閥的作用是防止機(jī)械泵內(nèi)的油回流。b.電源控制裝置：由進(jìn)口的電源與電源匹配器組成。用來調(diào)節(jié)射頻功率。c.控制裝置：配備有測(cè)真空壓力的電阻規(guī)與電離規(guī)，可測(cè)真空度量級(jí) 10-5，另外還有流量控制器和襯底加熱裝置。d.濺射裝置：濺射裝置由載有襯底的運(yùn)動(dòng)小車和濺射靶材構(gòu)成，其中靶基距固定為 75mm。下圖為AZO濺射腔室結(jié)構(gòu)示意圖：

　　3.實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)步驟

　　在同一濺射壓強(qiáng)、濺射功率的條件下，研究不同的基底溫度對(duì)射頻磁控濺射制備AZO(厚度為500nm)薄膜的光電等性能的影響;濺射AZO靶材時(shí)，靶材和基片距離6cm，10分鐘預(yù)濺射，濺射壓強(qiáng)為0.25帕，

　　-44.010濺射功率130w，本底真空度帕，基底溫度分別為200、300、400攝氏度，氬氣流量為40sccm。

　　實(shí)驗(yàn)前首先將基底用微波清洗酒精擦干凈后，準(zhǔn)備好樣品放置在托盤上，將托盤放置在轉(zhuǎn)動(dòng)盤上，然后密閉實(shí)驗(yàn)儀器，打開磁控濺射電源和循環(huán)水，關(guān)閉進(jìn)氣口與出氣口。啟動(dòng)機(jī)械泵對(duì)真空室預(yù)抽真空，之后啟動(dòng)分子泵閘板閥開至最大，使濺射腔室中本底真空度達(dá)到 10-4Pa數(shù)量級(jí)。打開進(jìn)氣口閥門，打開Ar 氣瓶閥門，將氬氣流量調(diào)節(jié)為40sccm，通過調(diào)節(jié)閘板閥，使腔室內(nèi)氣壓達(dá)到清洗氣壓，然后打開偏壓進(jìn)行清洗。

　　待清洗完畢后，關(guān)閉偏壓，通過調(diào)節(jié)閘板閥的位置調(diào)節(jié)濺射真空室中的工作氣壓。然后打開襯底加熱開關(guān)，將襯底加熱到所需要的基底溫度，同時(shí)開啟射頻電源，調(diào)節(jié)濺射功率，啟動(dòng)濺射程序，觀察有輝光出現(xiàn)后，將靶材預(yù)濺射 10min。預(yù)濺射完成后，靶材表面的雜質(zhì)會(huì)被打掉，系統(tǒng)起輝達(dá)到穩(wěn)定。調(diào)節(jié)濺射功率至實(shí)驗(yàn)所設(shè)定的數(shù)值，待基底溫度加到所需要的溫度后，稍加偏壓，開始濺射。濺射過程中要注意觀察射頻電源的反射功率是否變化過大、電流電壓以及濺射氣壓是否穩(wěn)定等。濺射結(jié)束后，先關(guān)閉射頻電源、偏壓、進(jìn)氣口以及加熱開關(guān)，將閘板閥開到最大，關(guān)閉氣體流量控制閥和Ar氣瓶閥門，待基底溫度降低到50攝氏度時(shí)，可關(guān)閉加熱電源、電磁閥分子泵及機(jī)械泵，最后關(guān)閉總電源和冷卻水，待腔室內(nèi)溫度達(dá)到室溫后，可從腔室內(nèi)取出樣品，檢測(cè)相關(guān)性能。檢測(cè)完成后，可取制備出的薄膜樣品性能最好的一組，進(jìn)行時(shí)效處理，即熱處理，研究不同退火溫度對(duì)薄膜的光電性能的影響。

　　4.薄膜的性能表征及其原理和儀器

　　采用紫外—可見分光光度計(jì)測(cè)量樣品可見光范圍內(nèi)的光透過率。用UV—3600型雙光束紫外一可見分光光度計(jì)對(duì)玻璃基底的樣品進(jìn)行了透過率的分析測(cè)量，測(cè)量范圍為200～900nm。該設(shè)備有兩個(gè)同樣的長方形支架，一個(gè)放測(cè)試樣品，另一個(gè)放參考空白玻璃襯底以采集臨時(shí)基線。光作用到材料表面會(huì)發(fā)生反射和折射現(xiàn)象,光在材料內(nèi)部傳播時(shí)會(huì)被吸收,要想知道了材料的折射率和吸收系數(shù),可以根據(jù)光照射到材料上的透、反射率和吸收率來計(jì)算得到。所有的變化在下圖都有標(biāo)出,入射光強(qiáng)是IO,反射光強(qiáng)是IOR,反射系數(shù)由菲dI-I涅爾公式與界面兩邊的材料的折射率來求，材料內(nèi)部的光按規(guī)律dx吸收，透射光強(qiáng)為2-xI(eo1-R)，所以知道了光的反射和透射后就可以計(jì)算得到薄膜的折射率以及吸收系數(shù)[9]。

　　采用四探針電阻測(cè)試儀測(cè)量樣品的方塊電阻。本實(shí)驗(yàn)測(cè)量采用的是廣州半導(dǎo)體材料研究所的SDY一5型的雙電測(cè)四探針測(cè)試儀。該儀器采用了四探針雙電位組合測(cè)量技術(shù),將范德堡測(cè)量方法應(yīng)用到直線四探針上。利用電壓探針和電流探針的組合變換,進(jìn)行兩次電測(cè)量,其計(jì)算結(jié)果能自動(dòng)消除由樣品幾何尺寸、邊界效應(yīng)以及探針不等距和機(jī)械游移等因素引起的對(duì)測(cè)量結(jié)果不利的影響。氧化物半導(dǎo)體薄膜的導(dǎo)電性用電導(dǎo)率來表示,電導(dǎo)率正比于載流子濃度和遷移率的乘積,即eneee,式中ne為載流子濃度,e為電子遷移率,e為電子電荷，遷移率定義為單位電場(chǎng)強(qiáng)度下的漂移速度,它反映薄膜的內(nèi)部性質(zhì),通常用電阻率來表征:1Rte，其中R和t分別為薄膜表面方塊電阻和薄膜的厚度，通常測(cè)透明導(dǎo)電薄膜的方塊電阻采用四探針法測(cè)量，其原理如下圖所示：

　　四個(gè)探針平行，彼此距離相同都為1mm,測(cè)量時(shí)在探針1、4間施加一直流電壓,針1在膜中產(chǎn)生的電場(chǎng)E是以該針為中心,在膜一平面內(nèi)輻射場(chǎng)距針1為s的場(chǎng)強(qiáng)為:2sjI2rt，此電場(chǎng)在2、3間產(chǎn)生的電位V23差為：IIln22xt2tss，式中I為通過針1的電流強(qiáng)度。同理,把針4視為負(fù)場(chǎng)源,它在針2、V'233間產(chǎn)生的電位差為：IIln22xt2t2sR，故方塊電阻tVln2I，因此測(cè)出探針2、

　　3之間電壓V和流過探針1的電流I就可以求出方塊電阻R。

　　采用霍爾系數(shù)測(cè)量儀測(cè)量薄膜的載流子濃度及霍爾遷移率?；魻枩y(cè)量是測(cè)試薄膜電學(xué)性能最常用的方法,在己知薄膜厚度的前提下,通過霍爾測(cè)量可以給出薄膜的導(dǎo)電類型、電阻率、載流子濃度和霍爾遷移率,根據(jù)霍爾測(cè)量的結(jié)果可以對(duì)薄膜的電學(xué)性能進(jìn)行詳細(xì)的分析，并且通過不同溫度下的霍爾測(cè)量,可以對(duì)載流子的散射機(jī)制進(jìn)行分析?；驹硎抢没魻栃?yīng)：指通過電流的半導(dǎo)體在垂直電流方向的磁場(chǎng)作用下，在與電流和磁場(chǎng)垂直的方向上形成電荷積累和出現(xiàn)電勢(shì)差的現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)采用的霍爾系數(shù)測(cè)量儀中的霍爾測(cè)量電路如下圖，其中A是恒流源,V是高、低電位差計(jì)及檢流計(jì)系統(tǒng)或數(shù)字電壓表。根據(jù)霍爾測(cè)量的這些結(jié)果，可以詳細(xì)的對(duì)薄膜的電學(xué)性能進(jìn)行分析。

　　5.其它透明導(dǎo)電薄膜及其制備方式和應(yīng)用領(lǐng)域

　　除了半導(dǎo)體薄膜中的AZO透明導(dǎo)電薄膜外，目前的透明導(dǎo)電薄膜還主要有金屬膜系、氧化物膜系、其他化合物膜系、高分子膜系、復(fù)合膜系等。金屬膜系導(dǎo)電性能好，但是透明率差。半導(dǎo)體薄膜系列剛好相反，導(dǎo)電性差，透明率高。當(dāng)前研究和應(yīng)用最為廣泛的是金屬膜系和氧化物膜系。透明導(dǎo)電薄膜主要用于光電器件(如LED、薄膜太陽能電池等)的窗口材料。1907年Badeker首先報(bào)道了 Cd 膜在輝光放電室沉積氧化后的透明導(dǎo)電現(xiàn)象，也有文獻(xiàn)報(bào)道 Cd的氧化物的透明導(dǎo)電性是在1951年首次報(bào)道的。5年后相繼有其它寬帶氧化物半導(dǎo)體的透明導(dǎo)電性能報(bào)告,并將其用于 heated windows(窗體致熱)。類似于AZO的氧化物薄膜還有GZO薄膜，此外，最常見的透明導(dǎo)電薄膜為ITO(錫摻雜三氧化銦)，主要采用磁控濺射法、溶膠-凝膠法、真空蒸發(fā)法、噴霧熱分解法、化學(xué)氣相沉積法等來制備，ITO薄膜具有透光性好、電阻率低、易刻蝕和易低溫制備等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于液晶電視、 建筑用節(jié)能視窗、太陽能電池、 轎車風(fēng)擋等方面。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]文軍, 陳長樂, 潘峰, 等. 摻雜ZnO薄膜的研究現(xiàn)狀[J]. 材料導(dǎo)報(bào), 2008, 1. [2]Chopra K L, Major S, Pandya D K. Transparent Conductors-A Status Review[J].Thin Solid Films, 1983,(102):1-46.

　　[3]聞立時(shí),江鍵,巴德純.ZnO:A1 的制備和工藝參數(shù)對(duì)其電阻率的影響[J]. 真空,2000, (6):24-28.

　　[4]付恩剛,莊大明,張弓.摻鋁氧化鋅薄膜的紅外性能及機(jī)制[J].金屬學(xué)報(bào),

　　[5]楊曉峰,李強(qiáng),等.氧化鋅鋁(ZAO)靶材的制備及性能研究[J].材料導(dǎo)報(bào), 2009(23): 350-352.

　　[6]周宏明,易丹青,等人.溶膠-凝膠法制備的 ZnO:A1 薄膜的微觀結(jié)構(gòu)及光學(xué)電學(xué)性能[J].金屬學(xué)報(bào), 2006, 42(5):505-510.

　　[7] 劉著光.射頻磁控濺射 ZnO:Al 薄膜及其特性研究[D].廈門:廈門大學(xué)凝聚態(tài)物理碩士學(xué)位論文,2008:20-24.

　　[8] 張以忱,等.真空鍍膜技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2009:82-106.

　　[9]夏志林. 電子束蒸發(fā)制備 AZO 薄膜的光電性能研究 [D][D]. 武漢: 武漢理工大學(xué), 2004.