ZnO薄膜具有以下突出優(yōu)點(diǎn):①廉價(jià)的原材料；②無(wú)毒；③具有可以與 ITO 相比擬的電學(xué)和光學(xué)特性；④具有優(yōu)異的性能價(jià)格比；⑤易于制備，生產(chǎn)成本低。正是由于 ZnO 薄膜以上明顯的優(yōu)點(diǎn)，人們研究了用不同的方法來(lái)制備 ZnO 薄膜，其制備方法主要包括反應(yīng)濺射、脈沖激光沉積、化學(xué)氣相沉積、噴涂熱分解，以及溶膠、凝膠等。其中磁控濺射技術(shù)是目前應(yīng)用最多的方法。以下簡(jiǎn)單介紹ZnO 薄膜的磁控濺射技術(shù)，以及噴涂熱分解技術(shù)。

    ① 磁控濺射技術(shù)沉積 ZnO 薄膜

    濺射技術(shù)已廣泛應(yīng)用于 ZnO 薄膜的制備。其中主要包括直流反應(yīng)磁控濺射(DCMS)、射頻磁控濺射(RFMS)和中頻磁控濺射(MFMS)。在濺射技術(shù)沉積 ZnO 薄膜中，金屬靶或氧化物靶均可作為濺射的靶材。沉積工藝參數(shù)對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)特性和生長(zhǎng)速率具有顯著的影響，其中主要包括工作氣體組分、等離子條件，沉積溫度等。一般情況下，提高基底溫度有利于薄膜結(jié)晶性能的改善。在濺射氧化物靶材的過(guò)程中，工作氣氛中氧濃度的增加有利于薄膜結(jié)晶狀況的改善和晶粒尺寸的增加。在濺射制備 ZnO 薄膜中，廣泛使用 ZnO+Zn靶、Ar+O，或 Ar+O2+H，氣氛，其中 ZnO+Zn 有利于保證薄膜中 Zn 的含量，從而改善薄膜的導(dǎo)電性能。適量H，的加人可以控制Zn/0的比例，有利于降低薄膜的電阻率。此外，在濺射中給基底上施加負(fù)偏壓或采用磁控濺射都可以降低沉積溫度，從而實(shí)現(xiàn)在柔性基底上制備 ZnO 薄膜。

未摻雜的 ZnO 薄膜的特性不穩(wěn)定，克服該缺點(diǎn)的最好辦法是對(duì) ZnO 薄膜進(jìn)行摻雜，n、A1、Ga和 Sn 等是最常用的摻雜劑。上面講到的濺射法也可以用于制備摻雜的 ZnO 薄膜，摻雜量一般為(2.5~25)at.%。摻雜后的 ZnO 薄膜一般具有優(yōu)良的光電性能，其電阻率可達(dá)到 10-Ω·cm左右，對(duì)可見(jiàn)光的透射率大于 80%。

    ② 噴涂熱分解制備 ZnO 薄膜

噴涂熱分解技術(shù)已成功用于大面積制備 ZnO薄膜。該技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便、成本低廉、易于大面積沉積等優(yōu)點(diǎn)。通常所采用的原料為醋酸鋅水溶液。在溶液中加人少量的醋酸，可以有效抑制溶液中氫氧化鋅的沉積，提高薄膜的質(zhì)量。噴涂熱分解制備 ZnO 時(shí)的基底溫度一般在 350~550℃之間。

    例如，利用 0.4mol Zn(C，H，0，)，·H20溶液，在基底溫度為300~390℃的條件下，可以在普通的鈣玻璃基底上沉積出透射率大于85%，電阻率介于2~100Ω·cm 的ZnO 薄膜。電阻率可以通過(guò)控制工藝參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。一般情況下，沉積的 ZnO 薄膜具有較高的電阻率，因此需要進(jìn)行后續(xù)的退火處理。也可以用氯化鋁和醋酸鋅為原料，制備出透明導(dǎo)電的 AZ0薄膜，其中AV/Zn 的比例為(0~6)at，%，此時(shí)再經(jīng)過(guò)退火處理就可以獲得電阻率低且透光性良好的 AZ0 薄膜了。

    此外，采用噴涂熱分解也可以制備出 In 摻雜的 ZnO 薄膜，即 IZ0 透明導(dǎo)電氧化物薄膜。

    以上介紹了目前應(yīng)用最為廣泛的兩種 ZnO 薄膜的沉積技術(shù)。當(dāng)然除了以上介紹的 ZnO 薄膜的制備方法外，幾乎所有制備 ITO 薄膜的方法都可以用于制備 ZnO 以及摻雜的 ZnO 薄膜，這里就不再一一介紹了。

    (2)工藝參數(shù)對(duì)ZnO薄膜特性的影響

    基底溫度對(duì) ZnO 薄膜的電學(xué)特性具有顯著的影響。例如,在直流磁控濺射中,當(dāng)基底溫度在 250~350℃之間時(shí),可以獲得最低的電阻率(3.5x10-4)Ω·cm。溫度對(duì)電學(xué)性能的影響主要源于薄膜結(jié)晶狀態(tài)的改善。此外,薄膜厚度對(duì)其電阻率也有影響,厚度較薄時(shí),ZnO 薄膜的電陽(yáng)率隨著厚度的增加而急劇減小;當(dāng)薄膜厚度大于250nm 時(shí),薄膜的電阻率趨于穩(wěn)定。

    在濺射工藝中,對(duì)氧分壓的控制也極為重要。氧分壓的大小不僅影響ZnO薄膜的電阻率也影響薄膜在可見(jiàn)光波段的透射率。此外,適當(dāng)?shù)膿诫s能較大幅度地提高 ZnO 薄膜的電學(xué)性能(如 Al、In、Ga 等元素的摻雜),同時(shí)還可以解決 ZnO 薄膜的電學(xué)穩(wěn)定性問(wèn)題。這是 ZnO 薄膜作為透明導(dǎo)電薄膜實(shí)用化最為重要的問(wèn)題。例如,A 摻雜 ZnO(AZO)薄膜不但具有優(yōu)異的光學(xué)電學(xué)性能和穩(wěn)定性,同時(shí)由于其較低的成本而受到廣泛的關(guān)注。Al 摻雜 ZnO 薄膜具有較高的載流子濃度,載流子濃度的提高主要源于 Al”對(duì) Zn”的替代。但是,當(dāng)鋁的摻雜量過(guò)高時(shí),由于 Al氧化物的形成,會(huì)導(dǎo)致薄膜電阻率的升高。因此,適當(dāng)?shù)?Al摻雜可以提高 ZnO 薄膜的載流子濃度,在使用中應(yīng)根據(jù)要求控制 Al摻雜的比例。

——本文由磁控濺射設(shè)備廠家振華真空發(fā)布