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外加磁场对射频磁控溅射制备铝掺杂氧化锌薄膜影响的研究

陈明 周细应 毛秀娟 邵佳佳 杨国良

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外加磁场对射频磁控溅射制备铝掺杂氧化锌薄膜影响的研究

陈明, 周细应, 毛秀娟, 邵佳佳, 杨国良

Influence of external magnetic field on properties of aluminum-doped zinc oxide films prepared by RF magnetron sputtering

Chen Ming, Zhou Xi-Ying, Mao Xiu-Juan, Shao Jia-Jia, Yang Guo-Liang
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  • 利用射频磁控溅射法制备了铝掺杂氧化锌(AZO)透明导电薄膜,在传统的磁控溅射系统中引入外加磁场,研究了外加磁场对AZO薄膜沉积速率、形貌结构及光电特性的影响. 研究结果表明,外加磁场后薄膜的沉积速率从不加磁场的13.04 nm/min提高到了19.93 nm/min;外加磁场后薄膜表面平整致密、颗粒大小均匀,结晶质量较高,而不加磁场薄膜表面形貌呈蠕虫状,薄膜质量较差. 溅射时间为90 min时,外加磁场前后AZO薄膜方阻分别为30.74 Ω /□ 和12.88 Ω /□. 外加磁场对薄膜可见光透过率影响不大,但使薄膜的吸收边蓝移现象更明显. 运用ansys软件对磁控溅射二维磁场分布模拟后发现,外加磁场提高了靶上方横向磁场强度,改善了磁场分布的均匀性,加强了磁场对电子的磁控作用,提高了靶电流,是AZO薄膜的溅射速率、光电性能和形貌结构得到提高和优化的原因.
    Al-doped ZnO (AZO) transparent conductive oxide films were prepared by RF magnetic sputtering. An external magnetic field was applied to the traditional magnetron sputtering system. The influence of the external magnetic field on the crystalline structure, surface topography and photoelectric properties of the AZO transparent conductive film have been studied. XRD diffraction patterns show that under the same processing condition, the intensity of (002) diffraction peak is significantly increased with the external magnetic field, suggesting a higher degree of c-axis preferred orientation. Scanning electron microscope shows that the external magnetic field can enlarge the grain size and density of films; the surface topography of the AZO films deposited without an external magnetic field is wormlike. Deposition rate and square resistance test results show that in an external magnetic field, the deposition rate will increase from 13.04 nm/min to 19.93 nm/min, and the sheet resistance reduce to 12.88 Ω /□ from 30.74 Ω /□ at a sputtering time of 90 min. Optical transmittance spectra shows that the average transmittance of all the films in visible light spectrum is over 85% when the sputtering time is not more than 60 min, while the external magnetic field has little effect on the transmittance of the films, but making a larger blue shift of the absorption edge. Ansys software is used to simulate the two-dimensional magnetic field distribution above the target. Results show that the intensity of the horizontal magnetic field and the uniformity of it are improved by the external magnetic field, the secondary electrons near the target are tightly bound, leading to a much larger target current intensity. So the deposition rate, surface topography and photoelectric properties of the AZO films are improved.
    • 基金项目: 上海工程技术大学研究生创新项目(批准号:13KY0508)和上海高校一流学科建设计划(批准号:YLJX12-2)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Shanghai University of Engineering Science for graduate students innovation project, China (Grant No. 13KY0508), and the Top Discipline Plan for Mechanical Engineering of Shanghai Municipal Education Commission, China (Grant No. YLJX12-2).
    [1]

    Wang Y F, Huang Q, Song Q G, Liu Y, Wei C C, Zhao Y, Zhang X D 2012 Acta Phys. Sin. 61 137801 (in Chinese)[王彦峰, 黄茜, 宋庆功, 刘阳, 魏长春, 赵颖, 张晓丹 2012 物理学报 61 137801]

    [2]

    Han X, Xia H, Wu L J 1998 Elactronic Components and Materials 17 31 (in Chinese) [韩雪, 夏慧, 吴丽君 1998 电子元件与材料 17 31]

    [3]

    Fang Z B, Tan Y S, Liu X Q, Yang Y H, Wang Y Y 2004 Chin. Phys. 13 1330

    [4]

    Liu X D, Liu J, Chen S, Li Z Q 2012 Appl. Surf. Sci. 263 486

    [5]

    Wang F, Wu M Z, Wang Y Y, Yu Y M, Wu X M, Zhuge L J 2013 Vacuum 89 127

    [6]

    Zhou B Z, Zhang H Y, Han L W, Han J C 2013 Superlattices Microst. 64 563

    [7]

    Chen C, Ji Y, Gao X Y, Zhao M K, Ma J M, Zhang Z Y, Lu J X 2012 Acta Phys. Sin. 61 036104 (in Chinese)[陈超, 冀勇, 郜小勇, 赵孟珂, 马姣民, 张增院, 卢景霄 2012 物理学报 61 036104]

    [8]

    Han J, Zhang P, Gong H B, Yang X M, Qiu Z W, Zi M, Cao B Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 216102 [韩军, 张鹏, 巩海波, 杨晓朋, 邱智文, 自敏, 曹丙强 2013 物理学报 62 216102]

    [9]

    Schuler T, Aegerter M A 1998 Thin Solid Films 351 125

    [10]

    Chen Z Q, Liu M H, Liu Y P, Chen W, Luo Z Q, Hu X W 2009 Acta Phys. Sin. 58 4260 (in Chinese)[陈兆权, 刘明海, 刘玉苹, 陈伟, 罗志清, 胡希伟 2009 物理学报 58 4260]

    [11]

    Liang S, Mei Z X, Du X L 2012 Chin. Phys. B 21 067306

    [12]

    Li Y Q 1992 Vacuum Coating Technology and Equipment (Shenyang: Northeast Institute of Technology Press) p107 (in Chinese) [李云奇 1992 真空镀膜技术与设备(沈阳: 东北工学院出版社) 第107页]

    [13]

    Hiroshi Ikuta, Kohei Yokouchi, Isao Ohta, Yousuke Yanagi, Yoshitaka Itoh 2009 Vacuum 83 475

    [14]

    Wang F C 2005 Material Modern Analytical Test Methods (Beijing: Beijing Institute of Technology Press) p93 (in Chinese) [王富耻 2005 材料现代测试分析该方法(北京: 北京理工大学出版社) 第93页]

    [15]

    Qiu Q Q, Li Q F, Su J J, Jiao Y, Finley Jim 2009 Chinese Journal of Vacuum Science and Technology 29 46 (in Chinese) [邱清泉, 励庆孚, 苏静静, Jiao Yu, Finley Jim 2009 真空科学与技术学报 29 46]

    [16]

    Tian M B 2006 Thin Film Technology and Materials (Beijing: Tsinghua University Press) pp 219–220 (in Chinese) [田民波 2006 薄膜技术与薄膜材料(北京: 清华大学出版社) 第219–220页]

    [17]

    Burstein E 1954 Phys. Rev. 93 632

    [18]

    Tauc J, Grigorovici R, Vancu A 1966 Phys. Status Solidi B 15 627

    [19]

    Kim H, Piquéb A, Horwitz J S, Murata H, Kafafi Z H, Gilmore C M, Chrisey D B 2000 Thin Solid Films 377-378 798

    [20]

    Wang Y F, Zhang X D, Huang Q, Yang F, Meng X D, Song Q G, Zhan Y 2013 Acta Phys. Sin. 62 247802 (in Chinese)[王延峰, 张晓丹, 黄茜, 杨富, 孟旭东, 宋庆功, 赵颖 2013 物理学报 62 247802]

    [21]

    Moss T S 1954 Proc. Phys. Soc. London. Sect. B 67 775

    [22]

    Gao F Y, Li G, Xia Y 2010 Transactions of Materials and Heat Treatment 31 153 (in Chinese) [高方圆, 李光, 夏原 2010 材料热处理学报 31 153]

    [23]

    Shen X Q, Xie Q, Xiao Q Q, Chen Q, Feng Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 165101 (in Chinese) [沈向前, 谢泉, 肖清泉, 陈茜, 丰云 2012 物理学报 61 165101]

    [24]

    Zhao Z, Zhou Y W, Liu Y 2010 Chinese Journal of Vacuum Science and Technology 30 265 (in Chinese) [赵卓, 周艳文, 刘悦 2010 真空科学与技术学报 30 265]

    [25]

    Zhao X M, Di G Q 2004 Acta Phys. Sin. 53 306 (in Chinese) [赵新民, 狄国庆 2004 物理学报 53 306]

    [26]

    Qiu Q Q, Li Q F, Su J J, Jiao Y, Finley Jim 2008 Vacuum 82 657

    [27]

    Kiyoshi Kuwahara, Hiroshi Fujiyama 1994 IEEE T Plasma Sci 22 442

    [28]

    Li S Y, Fu E G, Zhang D M, Zhang G 2005 Materials Science and Technology 13 643 (in Chinese) [李士元, 付恩刚, 庄大明, 张弓 2005 材料科学与工艺 13 643]

  • [1]

    Wang Y F, Huang Q, Song Q G, Liu Y, Wei C C, Zhao Y, Zhang X D 2012 Acta Phys. Sin. 61 137801 (in Chinese)[王彦峰, 黄茜, 宋庆功, 刘阳, 魏长春, 赵颖, 张晓丹 2012 物理学报 61 137801]

    [2]

    Han X, Xia H, Wu L J 1998 Elactronic Components and Materials 17 31 (in Chinese) [韩雪, 夏慧, 吴丽君 1998 电子元件与材料 17 31]

    [3]

    Fang Z B, Tan Y S, Liu X Q, Yang Y H, Wang Y Y 2004 Chin. Phys. 13 1330

    [4]

    Liu X D, Liu J, Chen S, Li Z Q 2012 Appl. Surf. Sci. 263 486

    [5]

    Wang F, Wu M Z, Wang Y Y, Yu Y M, Wu X M, Zhuge L J 2013 Vacuum 89 127

    [6]

    Zhou B Z, Zhang H Y, Han L W, Han J C 2013 Superlattices Microst. 64 563

    [7]

    Chen C, Ji Y, Gao X Y, Zhao M K, Ma J M, Zhang Z Y, Lu J X 2012 Acta Phys. Sin. 61 036104 (in Chinese)[陈超, 冀勇, 郜小勇, 赵孟珂, 马姣民, 张增院, 卢景霄 2012 物理学报 61 036104]

    [8]

    Han J, Zhang P, Gong H B, Yang X M, Qiu Z W, Zi M, Cao B Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 216102 [韩军, 张鹏, 巩海波, 杨晓朋, 邱智文, 自敏, 曹丙强 2013 物理学报 62 216102]

    [9]

    Schuler T, Aegerter M A 1998 Thin Solid Films 351 125

    [10]

    Chen Z Q, Liu M H, Liu Y P, Chen W, Luo Z Q, Hu X W 2009 Acta Phys. Sin. 58 4260 (in Chinese)[陈兆权, 刘明海, 刘玉苹, 陈伟, 罗志清, 胡希伟 2009 物理学报 58 4260]

    [11]

    Liang S, Mei Z X, Du X L 2012 Chin. Phys. B 21 067306

    [12]

    Li Y Q 1992 Vacuum Coating Technology and Equipment (Shenyang: Northeast Institute of Technology Press) p107 (in Chinese) [李云奇 1992 真空镀膜技术与设备(沈阳: 东北工学院出版社) 第107页]

    [13]

    Hiroshi Ikuta, Kohei Yokouchi, Isao Ohta, Yousuke Yanagi, Yoshitaka Itoh 2009 Vacuum 83 475

    [14]

    Wang F C 2005 Material Modern Analytical Test Methods (Beijing: Beijing Institute of Technology Press) p93 (in Chinese) [王富耻 2005 材料现代测试分析该方法(北京: 北京理工大学出版社) 第93页]

    [15]

    Qiu Q Q, Li Q F, Su J J, Jiao Y, Finley Jim 2009 Chinese Journal of Vacuum Science and Technology 29 46 (in Chinese) [邱清泉, 励庆孚, 苏静静, Jiao Yu, Finley Jim 2009 真空科学与技术学报 29 46]

    [16]

    Tian M B 2006 Thin Film Technology and Materials (Beijing: Tsinghua University Press) pp 219–220 (in Chinese) [田民波 2006 薄膜技术与薄膜材料(北京: 清华大学出版社) 第219–220页]

    [17]

    Burstein E 1954 Phys. Rev. 93 632

    [18]

    Tauc J, Grigorovici R, Vancu A 1966 Phys. Status Solidi B 15 627

    [19]

    Kim H, Piquéb A, Horwitz J S, Murata H, Kafafi Z H, Gilmore C M, Chrisey D B 2000 Thin Solid Films 377-378 798

    [20]

    Wang Y F, Zhang X D, Huang Q, Yang F, Meng X D, Song Q G, Zhan Y 2013 Acta Phys. Sin. 62 247802 (in Chinese)[王延峰, 张晓丹, 黄茜, 杨富, 孟旭东, 宋庆功, 赵颖 2013 物理学报 62 247802]

    [21]

    Moss T S 1954 Proc. Phys. Soc. London. Sect. B 67 775

    [22]

    Gao F Y, Li G, Xia Y 2010 Transactions of Materials and Heat Treatment 31 153 (in Chinese) [高方圆, 李光, 夏原 2010 材料热处理学报 31 153]

    [23]

    Shen X Q, Xie Q, Xiao Q Q, Chen Q, Feng Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 165101 (in Chinese) [沈向前, 谢泉, 肖清泉, 陈茜, 丰云 2012 物理学报 61 165101]

    [24]

    Zhao Z, Zhou Y W, Liu Y 2010 Chinese Journal of Vacuum Science and Technology 30 265 (in Chinese) [赵卓, 周艳文, 刘悦 2010 真空科学与技术学报 30 265]

    [25]

    Zhao X M, Di G Q 2004 Acta Phys. Sin. 53 306 (in Chinese) [赵新民, 狄国庆 2004 物理学报 53 306]

    [26]

    Qiu Q Q, Li Q F, Su J J, Jiao Y, Finley Jim 2008 Vacuum 82 657

    [27]

    Kiyoshi Kuwahara, Hiroshi Fujiyama 1994 IEEE T Plasma Sci 22 442

    [28]

    Li S Y, Fu E G, Zhang D M, Zhang G 2005 Materials Science and Technology 13 643 (in Chinese) [李士元, 付恩刚, 庄大明, 张弓 2005 材料科学与工艺 13 643]

  • [1] 袁文瑞, 李毅, 王晓华, 郑鸿柱, 陈少娟, 陈建坤, 孙瑶, 唐佳茵, 刘飞, 郝如龙, 方宝英, 肖寒. VO2/AZO复合薄膜的制备及其光电特性研究. 物理学报, 2014, 63(21): 218101. doi: 10.7498/aps.63.218101
    [2] 佟国香, 李毅, 王锋, 黄毅泽, 方宝英, 王晓华, 朱慧群, 梁倩, 严梦, 覃源, 丁杰, 陈少娟, 陈建坤, 郑鸿柱, 袁文瑞. 磁控溅射制备W掺杂VO2/FTO复合薄膜及其性能分析. 物理学报, 2013, 62(20): 208102. doi: 10.7498/aps.62.208102
    [3] 张传军, 邬云骅, 曹鸿, 高艳卿, 赵守仁, 王善力, 褚君浩. 不同衬底和CdCl2退火对磁控溅射CdS薄膜性能的影响. 物理学报, 2013, 62(15): 158107. doi: 10.7498/aps.62.158107
    [4] 杨铎, 钟宁, 尚海龙, 孙士阳, 李戈扬. 磁控溅射(Ti, N)/Al纳米复合薄膜的微结构和力学性能. 物理学报, 2013, 62(3): 036801. doi: 10.7498/aps.62.036801
    [5] 江强, 毛秀娟, 周细应, 苌文龙, 邵佳佳, 陈明. 外加磁场对磁控溅射制备氮化硅陷光薄膜的影响. 物理学报, 2013, 62(11): 118103. doi: 10.7498/aps.62.118103
    [6] 李晓娜, 郑月红, 李胜斌, 董闯. 磁控溅射法制备型Fe3Si8 M系三元薄膜. 物理学报, 2012, 61(24): 247801. doi: 10.7498/aps.61.247801
    [7] 苏元军, 徐军, 朱明, 范鹏辉, 董闯. 利用等离子体辅助脉冲磁控溅射实现多晶硅薄膜的低温沉积. 物理学报, 2012, 61(2): 028104. doi: 10.7498/aps.61.028104
    [8] 丁万昱, 王华林, 巨东英, 柴卫平. O2流量对磁控溅射N掺杂TiO2薄膜成分及晶体结构的影响. 物理学报, 2011, 60(2): 028105. doi: 10.7498/aps.60.028105
    [9] 李林娜, 陈新亮, 王斐, 孙建, 张德坤, 耿新华, 赵颖. H2 气对脉冲磁控溅射铝掺杂氧化锌薄膜性能的影响. 物理学报, 2011, 60(6): 067304. doi: 10.7498/aps.60.067304
    [10] 曹月华, 狄国庆. 磁控溅射制备Y2O3-TiO2薄膜形貌的研究. 物理学报, 2011, 60(3): 037702. doi: 10.7498/aps.60.037702
    [11] 丁万昱, 徐军, 陆文琪, 邓新绿, 董闯. 微波ECR磁控溅射制备SiNx薄膜的XPS结构研究. 物理学报, 2009, 58(6): 4109-4116. doi: 10.7498/aps.58.4109
    [12] 陈兆权, 刘明海, 刘玉萍, 陈伟, 罗志清, 胡希伟. PECVD制备AZO(ZnO:Al)透明导电薄膜. 物理学报, 2009, 58(6): 4260-4266. doi: 10.7498/aps.58.4260
    [13] 刘 峰, 孟月东, 任兆杏, 舒兴胜. 感应耦合等离子体增强射频磁控溅射沉积ZrN薄膜及其性能研究. 物理学报, 2008, 57(3): 1796-1801. doi: 10.7498/aps.57.1796
    [14] 张 辉, 刘应书, 刘文海, 王宝义, 魏 龙. 基片温度与氧分压对磁控溅射制备氧化钒薄膜的影响. 物理学报, 2007, 56(12): 7255-7261. doi: 10.7498/aps.56.7255
    [15] 刘志文, 谷建峰, 孙成伟, 张庆瑜. 磁控溅射ZnO薄膜的成核机制及表面形貌演化动力学研究. 物理学报, 2006, 55(4): 1965-1973. doi: 10.7498/aps.55.1965
    [16] 丁万昱, 徐 军, 李艳琴, 朴 勇, 高 鹏, 邓新绿, 董 闯. 微波ECR等离子体增强磁控溅射制备SiNx薄膜及其性能分析. 物理学报, 2006, 55(3): 1363-1368. doi: 10.7498/aps.55.1363
    [17] 周小莉, 杜丕一. 磁控溅射法制备的CaCu3Ti4O12薄膜. 物理学报, 2005, 54(4): 1809-1813. doi: 10.7498/aps.54.1809
    [18] 赵新民, 狄国庆. 基片下磁场磁控对溅射辉光及薄膜梯度的影响. 物理学报, 2004, 53(1): 306-310. doi: 10.7498/aps.53.306
    [19] 谢大弢, 赵夔, 王莉芳, 朱凤, 全胜文, 孟铁军, 张保澄, 陈佳洱. 用磁控溅射和真空硒化退火方法制备高质量的铜铟硒多晶薄膜. 物理学报, 2002, 51(6): 1377-1382. doi: 10.7498/aps.51.1377
    [20] 马平, 刘乐园, 张升原, 王昕, 谢飞翔, 邓鹏, 聂瑞娟, 王守证, 戴远东, 王福仁. 直流磁控溅射一步法原位制备MgB2超导薄膜. 物理学报, 2002, 51(2): 406-409. doi: 10.7498/aps.51.406
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-12-29
  • 修回日期:  2014-01-22
  • 刊出日期:  2014-05-05

外加磁场对射频磁控溅射制备铝掺杂氧化锌薄膜影响的研究

  • 1. 上海工程技术大学材料工程学院, 上海 201620
    基金项目: 上海工程技术大学研究生创新项目(批准号:13KY0508)和上海高校一流学科建设计划(批准号:YLJX12-2)资助的课题.

摘要: 利用射频磁控溅射法制备了铝掺杂氧化锌(AZO)透明导电薄膜,在传统的磁控溅射系统中引入外加磁场,研究了外加磁场对AZO薄膜沉积速率、形貌结构及光电特性的影响. 研究结果表明,外加磁场后薄膜的沉积速率从不加磁场的13.04 nm/min提高到了19.93 nm/min;外加磁场后薄膜表面平整致密、颗粒大小均匀,结晶质量较高,而不加磁场薄膜表面形貌呈蠕虫状,薄膜质量较差. 溅射时间为90 min时,外加磁场前后AZO薄膜方阻分别为30.74 Ω /□ 和12.88 Ω /□. 外加磁场对薄膜可见光透过率影响不大,但使薄膜的吸收边蓝移现象更明显. 运用ansys软件对磁控溅射二维磁场分布模拟后发现,外加磁场提高了靶上方横向磁场强度,改善了磁场分布的均匀性,加强了磁场对电子的磁控作用,提高了靶电流,是AZO薄膜的溅射速率、光电性能和形貌结构得到提高和优化的原因.

English Abstract

参考文献 (28)

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