透明导电掺铝氧化锌薄膜的制备修饰及其自清洁性能研究

【摘要】：掺铝氧化锌(Al-doped ZnO，简称AZO)薄膜是一种具有高透射率和低电阻率的n型半导体透明导电薄膜，广泛应用于各种光学仪器中。随着材料多功能化的发展，对于AZO薄膜来讲，在保持其透明、导电性能的基础上，研究其自清洁性能是很有必要的。 本文用溶胶凝胶和磁控溅射两种方法制备了透明导电AZO膜，并对其进行化学刻蚀和表面修饰，得到了兼具透明、导电与自洁性能于一体的AZO膜。通过分析制备工艺，优化实验条件，用XRD、SEM以及AFM等方法对AZO膜表面的结构和形貌进行测试，使用紫外可见分光光度计、四探针测试仪、接触角测试仪等测试光电性能以及自洁性能，并研究了表面形貌与光电性能及自洁性能之间的关系。 采用溶胶凝胶法制备AZO薄膜时，提拉次数为12层时，性能最优，此时平均透过率达到87%，面电阻为3.56×10~3Ω/sq，AZO膜厚度约为665nm，表面颗粒大小均一、晶界清晰，方均根粗糙度仅为1.63nm。通过对AZO膜进行化学刻蚀和表面修饰以获得自洁功能，在刻蚀浓度0.5%，刻蚀时间20s条件下AZO薄膜综合性能较好，接触角为147.43°，面电阻为6.76×10~3Ω/sq，平均可见光透过率约为80%，此时方均根粗糙度为68.26nm。 采用射频磁控溅射法制备透明导电AZO膜时，功率为200W时，性能最优，此时平均透过率达到80%左右，面电阻为0.55×10~3Ω/sq，得到的AZO膜厚度约为580nm，表面颗粒大小均一、晶界清晰，方均根粗糙度仅为2.13nm。与前同样的方法进行刻蚀和修饰，刻蚀时间30s时，AZO薄膜综合性能最好，AZO薄膜的接触角为138.90°，面电阻为1.97×10~3Ω/sq，平均可见光透过率大约为72%，方均根粗糙度为82.08nm。 【关键词】：AZO膜 刻蚀 光学性能 电学性能 自洁性能
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 课题背景及研究目的和意义8-9
• 1.2 掺铝氧化锌薄膜的研究现状9-13
• 1.2.1 AZO 薄膜的结构9
• 1.2.2 AZO 薄膜的性质9-10
• 1.2.3 AZO 薄膜的应用10-11
• 1.2.4 AZO 薄膜的制备方法11-13
• 1.3 自洁仿生薄膜的研究现状13-17
• 1.3.1 自洁仿生薄膜概述13-15
• 1.3.2 自洁仿生膜的制备方法15-17
• 1.4 本文主要研究内容17-18
• 第2章 实验材料及研究方法18-24
• 2.1 试验试剂及仪器18-19
• 2.1.1 实验试剂18
• 2.1.2 主要设备18-19
• 2.2 实验流程19
• 2.3 实验方法19-21
• 2.3.1 玻璃的前处理工艺19
• 2.3.2 透明导电 AZO 膜的制备19-21
• 2.3.3 自洁 AZO 膜工艺研究21
• 2.4 AZO 薄膜的测试表征方法21-24
• 2.4.1 相组成分析21-22
• 2.4.2 表面形貌分析22
• 2.4.3 原子力显微镜分析22
• 2.4.4 紫外-可见吸收光谱分析22-23
• 2.4.5 面电阻测试23
• 2.4.6 接触角测试仪23-24
• 第3章 溶胶凝胶法制备 AZO 膜及其性能研究24-41
• 3.1 引言24
• 3.2 制备方法24-27
• 3.2.1 溶胶凝胶法制备透明导电 AZO 膜25-27
• 3.2.2 自洁 AZO 膜的制备27
• 3.3 溶胶凝胶工艺研究27-31
• 3.3.1 拉膜次数对结构和形貌的影响27-29
• 3.3.2 拉膜次数对光电性能的影响29-30
• 3.3.3 膜厚度测试及表面分析30-31
• 3.4 化学刻蚀工艺研究31-40
• 3.4.1 刻蚀浓度的影响32-35
• 3.4.2 刻蚀时间的影响35-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 磁控溅射法制备 AZO 膜及其性能研究41-54
• 4.1 引言41
• 4.2 制备方法41-43
• 4.2.1 磁控溅射法制备透明导电 AZO 膜41-43
• 4.2.2 自洁 AZO 膜的制备43
• 4.3 磁控溅射工艺研究43-48
• 4.3.1 溅射功率对结构与形貌的影响43-45
• 4.3.2 溅射功率对光电性能的影响45-46
• 4.3.3 膜厚度测试及表面分析46-48
• 4.4 化学刻蚀工艺研究48-53
• 4.4.1 刻蚀时间的影响48-53
• 4.5 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果59-61
• 致谢61

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