【摘要】：柔性氧化鋅(ZnO)薄膜作為新型透明導電氧化物(TCO)薄膜,具有重量輕便、體積小巧、可折疊彎曲、應用范圍廣等多種優(yōu)勢,符合當前科技領域對于元器件輕薄性、便攜性的發(fā)展需求,并已逐漸替代硬質襯底薄膜,被越來越廣泛的運用在可穿戴式設備、柔性顯示屏、光伏電池等眾多領域。但由于柔性襯底的制約,其綜合光電性能及其穩(wěn)定性往往不及傳統(tǒng)硬質襯底薄膜,因此如何提升綜合光電性能并保證性能穩(wěn)定性成為當前對柔性ZnO基薄膜研究的主要方向。經過文獻調研發(fā)現目前有關柔性ZnO基薄膜的介質/金屬/介質(D/M/D)三明治結構的研究較多,但中間導電金屬層多以價格昂貴、資源稀缺的貴金屬為原料,而少見采用成本較低、原料廣泛的普通導電金屬的D/M/D結構薄膜研究,且有關提升柔性ZnO基薄膜性能穩(wěn)定性的研究也鮮有報道。針對上述兩個問題,本文立足于柔性ZnO基多層膜,重點研究D/M/D結構薄膜中間金屬的厚度比與沉積順序對于柔性ZnO基多層膜綜合光電性能的影響;并引入BN薄膜,進一步研究BN層對于柔性ZnO基多層膜光電性能穩(wěn)定性的影響,取得了一些有意義的研究結果。1、采用磁控濺射法在柔性PET襯底上沉積了ZnO層和中間金屬Al與Cu層,制備了柔性ZnO/Al/Cu/ZnO多層膜。選擇不同厚度比的Al層和Cu層,重點研究Al與Cu層的厚度比對柔性ZnO基多層膜綜合光電性能影響。此外,在Al與Cu層的最優(yōu)厚度比的基礎上進一步改變Al和Cu層的沉積順序,考察了中間金屬層的沉積順序對柔性ZnO基多層膜綜合光電性能的影響。分別使用掃描電子顯微鏡(SEM)、EDS能譜儀對多層膜表面形貌和相組成進行分析,并使用紫外-可見分光光度計和四探針測試儀測量多層膜的透光率和方塊電阻,最終利用品質因子(F_(TC))公式對柔性ZnO基多層膜的綜合光電性能進行計算。實驗與表征結果證明,中間金屬層的厚度比對柔性ZnO/Al/Cu/ZnO薄膜的綜合光電性能有顯著影響,而沉積順序對其光電性能影響不大。具體來說,當Al:Cu=6:2(即Al層厚度為6 nm,Cu層厚度為2 nm)時,柔性ZnO/Al/Cu/ZnO薄膜的綜合光電性能達到最優(yōu),此時多層膜在400~800 nm范圍內的平均透光率為84.73%,方塊電阻為108Ω/sq,品質因子為1.77×10~(-3)Ω~(-1);在最佳Al與Cu厚度比下改變其沉積順序后,薄膜的綜合光電性能變化不大。2、基于以上結果,在最佳Al與Cu厚度比和沉積順序下引入BN薄膜,采用相同制備方法制備出柔性BN/Al/Cu/ZnO多層膜,重點研究頂層BN層厚度對柔性ZnO基多層膜綜合光電性能的影響。實驗結果顯示,當頂層BN厚度為100 nm時,柔性BN/Al/Cu/ZnO多層膜的綜合光電性能最優(yōu),品質因子達到最大值8.15×10~(-4)Ω~(-1)。隨后基于BN最佳厚度,制備柔性BN/Al/Cu/ZnO多層膜與柔性Al/Cu/ZnO多層膜,對比研究頂層BN對于柔性ZnO基多層膜光電性能穩(wěn)定性的影響。實驗結果證明,BN層的引入可明顯提升柔性ZnO基多層膜的光電性能穩(wěn)定性。在不同溫度環(huán)境下,BN層優(yōu)良的耐熱性可降低溫度過高對柔性ZnO基多層膜光電性能穩(wěn)定性的影響,在80℃下烘烤18 h后,柔性BN/Al/Cu/ZnO多層膜的品質因子達到9.61×10~(-4)Ω~(-1),而此時柔性Al/Cu/ZnO多層膜的品質因子下降明顯,僅為1.69×10~(-4)Ω~(-1);在常溫環(huán)境下靜置不同時間,頂層BN作為保護層可使柔性ZnO基多層膜中導電金屬與空氣隔絕,且BN優(yōu)異的抗氧化性又能確保柔性ZnO基多層膜在長時間靜置過程中不發(fā)生氧化還原反應,從而不影響其光電性能的穩(wěn)定性,在常溫下靜置24 h后,柔性BN/Al/Cu/ZnO多層膜品質因子為1.26×10~(-3)Ω~(-1),而此時柔性Al/Cu/ZnO多層膜品質因子為6.70×10~(-4)Ω~(-1)。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O484
【圖文】：

的時間要早于 p 型，而且由于 p 型 TCO 性能用壽命要求，就當前來看，大多數投入實際運用較為成熟且實際應用最為廣泛的 n-TCO 薄膜主2基薄膜和 ZnO 基薄膜[23-28]，以此為基體的摻雜次介紹三類 n-TCO 薄膜。導電氧化物薄膜O3基透明導電氧化物薄膜早在上世紀 50 年代前應用最廣泛的 TCO 薄膜之一[29]。過去人們認為eV 左右，但根據最新的科研結果已將其光學禁帶結構為方鐵錳(Bixbyite)型結構，晶胞參數為 a=離子呈現類八面體狀，如圖 1.1 為 In2O3的結構

氧化物薄膜金紅石型[31]，如圖 1.2 所示。在一個 O 原子按 1:3 比例與 Sn 原子配位。方式主要依靠晶體內的 O 空穴�？蒲� 級別。為了進一步提高 SnO2基 TCO法制成更高品質的薄膜。目前常見的成熟、應用范圍最廣的方案是將 SnOnO2金紅石結構晶體后，與 O 空穴結阻率相較原始 SnO2可下降一個數量能，而且 FTO 薄膜的制備方法簡單備出的 FTO 薄膜相較于 ITO 來說化在很多領域都有替代 ITO 的作用[33

江 蘇 大 學 專 業(yè) 碩 士 學 位 論 文不會改變 ZnO 的晶體結構且可通過調節(jié) Al 的摻雜含量來控制 AZO從而提升性能，目前經過研究 AZO 的電阻率可降至 10-5Ω·cm。而金屬，沒有毒性，原料豐富易獲取，這進一步提升了 AZO 的性價CO 薄膜作為當前的研究焦點，有望代替 ITO 薄膜。

【參考文獻】

相關博士學位論文 前2條

1 黃立靜;金屬復合雙層/多層透明導電薄膜的制備及其光電性能研究[D];江蘇大學;2015年

2 李保家;FTO透明導電薄膜表面處理及其復合膜的研究[D];江蘇大學;2012年

相關碩士學位論文 前2條

1 馬德福;射頻磁控濺射法制備ZnO:W-TCO薄膜及其性能研究[D];景德鎮(zhèn)陶瓷學院;2014年

2 張劍楠;新型透明導電薄膜的研制及其在有機太陽能電池中的應用[D];中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所）;2012年

本文編號：2802028