柔性襯底Zn—Sn—O透明導電膜的特點分析

劉月豹

摘 要：柔性襯底薄膜的光電特性較好，能夠在多個領(lǐng)域得到應用。基于這種認識，本文利用射頻磁控濺射技術(shù)完成了柔性襯底Zn-Sn-O透明導電膜的制備，并對該種材料的結(jié)構(gòu)特點和光電特性展開了分析，從而為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：柔性襯底；Zn-Sn-O透明導電膜；特點

現(xiàn)階段，常用的氧化物薄膜包含ITO、ZnO、SnO2。但是應用ITO將遭遇銦擴散的問題，以至于器件性能將有所衰減。應用ZnO則會出現(xiàn)氧吸附問題，從而導致器件的電學性能不斷降低[ 1 ]。應用SnO2，則會出現(xiàn)較難實現(xiàn)刻蝕加工的問題。進行柔性襯底Zn-Sn-O透明導電膜的制備，則能將ZnO和SnO2的優(yōu)點集中起來。因此，還應加強對柔性襯底Zn-Sn-O透明導電膜的特點分析，以便更好的進行該種材料的制備和應用。

1 柔性襯底Zn-Sn-O透明導電膜的制備

從以往的研究來看，在400℃的襯底溫度下利用磁控濺射法能夠完成Zn2SnO4膜的制備。該種導電膜的電阻率約為5.0*10-2Ω°cm，在可見光的范圍內(nèi)，導電膜的平均透過率將能超出80%。在實際進行柔性襯底Zn-Sn-O透明導電膜制備時，可以在PPA襯底上完成Zn-Sn-O透明導電膜的制備。

為對玻璃襯底和柔性襯底的Zn-Sn-O導電膜的特性展開比較，同時也要在conring7059玻璃襯底上進行室溫淀積，從而完成另一種Zn-Sn-O導電膜的制備。而濺射過程需要在2*10-3Pa基礎(chǔ)真空條件下完成，并利用直徑為8.5cm的陶瓷靶進行射頻磁控濺射，靶到基片之間有5cm的距離。使用的原料為純度為99.99%的ZnO和SnO2粉末。按照1：1的比例進行原料混合，然后進行1400℃高溫燒結(jié)。此外，薄膜的濺射需要在2mPa氧分壓和1Pa氬分壓條件下，并且在室溫環(huán)境中，使用的靶為水冷式。

2 柔性襯底Zn-Sn-O透明導電膜的特點分析

2.1 結(jié)構(gòu)特點分析

使用X射線衍射儀進行薄膜結(jié)構(gòu)的測量和分析，可以發(fā)現(xiàn)玻璃襯底薄膜的厚度為380nm，其中包含O、Sn、Zn和碳元素。而碳元素的產(chǎn)生，可能是由于薄膜制備的過程中吸附了二氧化碳，從而受到了碳污染。在該種薄膜中，擁有尺寸十分小的非晶顆粒，這一特點也能從其衍射譜中無明顯衍射峰上得到體現(xiàn)。而在柔性襯底薄膜中，則不包含大顆粒[ 2 ]。產(chǎn)生這一現(xiàn)象，主要是由于使用有機材料作為襯底將產(chǎn)生較大惰性，無法較好的與薄膜界面匹配，進而導致薄膜致密性稍差。

2.2 光電特性分析

如下表1，使用X射線能譜儀進行薄膜測量可以發(fā)現(xiàn)，柔性襯底薄膜的電阻率能夠達到1.3*10-2Ω°cm，可見光平均透過率為82%。而玻璃襯底薄膜的電阻率能夠達到7.27*10-3Ω°cm，可見光平均透過率為90%。此外，玻璃襯底薄膜中包含有2.6的[O]/（[Sn]+[Zn]）比例。到了靶中心，這一比例下降至1.5。

分析原因可以發(fā)現(xiàn)，這是由于薄膜在空氣中長時間暴露，所以吸附了一定的二氧化碳和氧氣，進而導致薄膜表面氧含量較高。而柔性襯底薄膜的這一比例約為0.8，這是由于薄膜表面吸附的氧被Ar+轟擊去除了。從化學配比上來看 ，柔性襯底薄膜的氧與理想化學配比有一定的偏差，氧空位較多。而氧空位為薄膜載流子的來源，所以薄膜的電阻率有所提高。

在Ar+的轟擊下，薄膜中碳原子含量也有所減小，由此可以證明薄膜中碳元素的存在于薄膜對二氧化碳的吸附有關(guān)。而隨著濺射功率的增加，無論是玻璃襯底薄膜還是柔性襯底薄膜的電阻率都有所下降，并在功率達到100W左右下降至最低。超出100W后，隨著功率的增加，薄膜電阻率開始不斷升高，但是變化幅度有限。

分析原因可以發(fā)現(xiàn)，在功率不大的情況下，濺射得到的原子只會攜帶較少的能量達到襯底，所以形成的薄膜擁有較多缺陷，進而導致薄膜電阻率較高。而在功率不斷增加的情況下，薄膜的缺陷逐漸減少，其電阻率也不斷減小。而在功率超出100W后，薄膜的缺陷已經(jīng)減少到一定程度，氧空位也隨之減少，從而導致薄膜載流子減少，進而導致薄膜電阻率升高[ 3 ]。

因此，薄膜的最佳制備條件即為100W的濺射功率，在該條件下制備的玻璃襯底薄膜和柔性襯底薄膜電阻率最小。

3 結(jié)論

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，使用射頻磁控濺射技術(shù)進行柔性襯底Zn-Sn-O透明導電膜的制備，在100W的濺射功率下獲得的電阻率最小，約為1.3*10-2Ω°cm，可見光平均透過率為82%。該種薄膜擁有非晶結(jié)構(gòu)，附著性良好。而薄膜中包含的碳原子來自于表面吸附作用，薄膜中氧則與理想化學配比有一定的差距，氧空位較多。

參考文獻：

[1] 魯云華，康文娟，胡知之，等.柔性透明導電膜襯底材料的研究進展[J].化工新型材料，2010，09：27-29.

[2] 王雅欣，裴志軍，王爽，等.柔性襯底硅基太陽電池ZAO透明導電膜的研究[J].光電子.激光，2012，05：928-932.

[3] 黃紅梁.ITO透明導電膜制備工藝研究[J].硅谷，2012，12：103-104.