多功能镓掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备及其特性调控研究

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	多功能镓掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备及其特性调控研究
	朱超挺
刊名	中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
	2017
页码	118
关键词	Gzo透明导电薄膜高载流子浓度柔性衬底高雾度等离子体波长
产权排序	中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
英文摘要	镓掺杂氧化锌(GZO)薄膜以其优异的光电特性,低廉的生产成本及充足的原料储备等特点被广泛地应用于low-E玻璃,薄膜太阳能电池,智能窗户等领域。同时,GZO氧化物薄膜作为一种新型近红外等离子体超材料有望取代常规金属超材料应用于近红外光电器件。本论文围绕GZO薄膜光电特性的可控调节,系统开展了GZO薄膜载流子浓度调控、高电导GZO柔性薄膜的制备、GZO柔性薄膜雾度调控、以及GZO薄膜近红外等离子体波长调控的研究,主要研究成果包括:1.通过磁控溅射镀膜结合RTA后处理方法在玻璃衬底上制备超薄GZO/Zn透明导电薄膜,并研究了Zn层厚度对GZO薄膜电学、光学、结构与表面特性的影响。结果表明:随着Zn层厚度的增加,GZO薄膜载流子浓度和迁移率逐渐增加。在Zn厚度为8 nm时,GZO薄膜最低电阻率4×10~(-4)Ω·cm,对应载流子浓度为1′10~(21) cm~(-3),迁移率为15.3 cm~2V~(-1)s~(-1).。相应薄膜在可见光区平均透过率达84%。这些结果表明Zn原子的热扩散有效填补了GZO薄膜中的锌空位,提高了薄膜中的载流子浓度。同时锌空位点缺陷的减少使得GZO薄膜迁移率得到提高。2.通过射频磁控溅射镀膜方法在PET衬底上室温制备了高透明导电的HGZO薄膜,并研究了溅射功率及Ar+H_2气体流量对HGZO薄膜电学、光学、结构与表面特性的影响。结果表明:在功率为120 W,气体流量为20 sccm条件下,HGZO薄膜最低电阻率达到7.1×10~(-4)Ω·cm,对应载流子浓度为7.1′10~(20) cm~(-3),迁移率为12.4cm~(-2)V~(-1)s~(-1)。相应薄膜可见光区平均透过率达77.3%。对应的品质因子为2.9′10~(-3)Ω~(-1)。将制备得到的HGZO/PET用于聚合物分散液晶电致变色器件中,器件的开启电压为60 V,开启状态下的透过率为66.3%。3.通过射频磁控溅射镀膜方法在柔性基底上室温制备了高雾度GZO透明导电电极。基于绒面PEF生物基基底,一步法室温沉积得到了高雾度GZO透明导电薄膜,其对应550 nm处的雾度值达67.7%,可见光透过率达83.8%,方阻值为29.3Ω/e。基于复合有SiO_2小球的PI基底,室温沉积得到了具有光散射的平整GZO透明导电薄膜。这种GZO/PI(SiO_2)的薄膜结构实现了400-800 nm平均40.7%散射透过,同时其表面粗糙度仅为7.59 nm。其光学散射的产生通过SiO_2小球米氏散射实现,而低的表面粗糙度来自于PI在成膜过程中极好的流动性。4.通过射频磁控溅射镀膜方法在玻璃衬底上制备了不同Ga_2O_3掺杂浓度和基底温度的GZO薄膜。在掺杂浓度为5 wt%以及衬底温度为室温情况下得到了最大载流子浓度为7′10~(20) cm~(-3)的GZO薄膜。由于高的载流子浓度导致薄膜的介电常数实部在1.55μm波段具有负值。同时,在1.55μm波段薄膜的光学损耗仅为金属Ag膜的十分之一。其等离子波长可调范围达到1.35-2.39μm波段。这些特性表明GZO薄膜是一种近红外等离子体材料。基于上述可调特性,通过设计SiO_2/bi-layer GZO/Ag多层薄膜结构,拟合并且实验上实现了1.24-1.49μm波段高达97%以上的完美吸收现象。且在入射角从0°到60°范围内保持了很好的吸收效果。
公开日期	2018-12-04
内容类型	期刊论文
源URL	[http://ir.nimte.ac.cn/handle/174433/16692]
专题	2017专题
推荐引用方式 GB/T 7714	朱超挺. 多功能镓掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备及其特性调控研究[J]. 中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所),2017:118.
APA	朱超挺.(2017).多功能镓掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备及其特性调控研究.中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所),118.
MLA	朱超挺."多功能镓掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备及其特性调控研究".中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) (2017):118.