侯婧文
长春理工大学 理学院 吉林 长春 126006
摘 要：综述利用原子层沉积方法制备掺铝氧化锌薄膜的方法，并且分析了掺杂铝氧化锌（AZO）薄膜的结构与电学性能及光学性能。
关键词：原子层沉；掺铝；氧化锌薄膜；Si；实验
前言：
透明导电薄膜是一种重要的光电材料。透明导电薄膜有高导电性和高的透光性，且在红外范围有很高的反射性，在光电产业中有着广阔的应用前景。ZnO及其掺杂体系薄膜材料，但考虑到性价比，人们力图寻找一种价格低廉且性能优异的ITO替换材料。其中ZnO掺杂体系无疑是最具竞争力的透明导电薄膜材料。然而，未掺杂ZnO薄膜的电学性质不是很稳定，因此为了改善薄膜性能，可以通过掺杂来提高ZnO薄膜的电学性能。
本文主要通过对氧化锌薄膜掺铝进行研究，铝掺杂氧化锌的薄膜具有优异的光电性能，和电学性能，本实验主要对其电学性能进行研究。
一、实验
本实验中的AZO薄膜采用原子层沉积方法（ALD）制备的薄膜。实验时，衬底采用单晶Si片，经过有机，无机，去离子水清洗和烘干后，将其放入ALD腔体 。在制备薄膜前，通用惰性气体氮气冲洗基片表面。最大限度地提高Si片表面的清洁程度，且改善基片表面与薄膜之间的吸附力。
在制备过程中，我们采用三甲基铝，二乙基锌和水做为制备薄膜的前驱体，在制备过程中我们设定二乙基锌与三甲基铝的脉冲时间和水的清洗时间均为30s。薄膜厚度设定为150nm,薄膜生长温度为150℃条件下，改变Al掺杂浓度分别为1%，2%，3%，4%来观察薄膜性能的变化规律。采用AFM,霍尔测试系统对薄膜性能进行研究
二、结果与讨论
图1展示出在Si衬底上制备AZO薄膜的AFM图。从图1 可以看出，随着掺杂浓度的增加，薄膜表面的粗糙度由逐渐减小到增大。这是由于：
图1 AZO薄膜的AFM图，表面粗糙度分别为a) 1.07nm , b) 0.768nm , c) 1.19nm , d) 3.92nm。
图2 分别给出了改变Al掺杂浓度，薄膜电学性能的变化，由图可以看出薄膜电学性能的变化与图1 给出的薄膜表面的粗糙变化有相同的趋势。这一现象主要是由于薄膜在适当的掺杂Al，薄膜中的Al离子会产生替换薄膜中Zn离子的现象，在一定程度上增加了载流子的浓度，又因为Al 的离子半径相对小于Zn的离子半径，所以在反应过程中会影响薄膜表面的粗糙程度；而然当掺杂过量的Al后，就会产生不导电Al2O3的相，因此当掺杂浓度过大时，电学性能降低。
图2 掺杂浓度不同下a)电阻率，b)迁移率，c)载流子浓度
由于在原子层沉积方法制备AZO薄膜的过程可以改变生长参数来影响薄膜的性能，在以个最佳的生长条件下生长薄膜，继续探究在薄膜的光学性能。虽然本实验在制备AZO薄膜生长条件不一定都是最佳的，仍需要大量实验进行反复摸索，但是通过上述实验初步可以出明当铝的掺杂浓度在2%，薄膜的电学性能得到了提高。
三、结论
在Si衬底上通过原子层沉积的方法制备AZO薄膜，通过改变铝的掺杂浓度，提高了薄膜的电学性能。在铝掺杂浓度为2%时，电学性能最优，薄膜的粗糙度最小。
作者简介：侯婧文，（1991年6月-）长春理工大学 理学院， 微电子学与固体电子学，研究方向：有机发光材料。
论文作者:侯婧文
论文发表刊物:《文化研究》2015年10月
论文发表时间:2016/7/5
标签：薄膜论文; 电学论文; 性能论文; 浓度论文; 氧化锌论文; 原子论文; 表面论文; 《文化研究》2015年10月论文;