许宛媚 朱华

摘要：运用射频磁控溅射技术，改变溅射温度（50℃-300℃）在玻璃衬底上生长ZnO：Sn透明导电样品，采用XRD、紫外-可见分光光度计对薄膜进行光电性能表征。结果发现：随着温度的增大，样品XRD曲线由多峰转变为（002）单峰，晶粒尺寸从21.9增大到31.7。紫外可见光光谱在400在760nm波长区间平均透射率均在89%以上，薄膜帶隙宽度随压强变化不明显，基本维持在3.33eV-3.34eV左右。

关键词：磁控溅射;ZnO：Sn薄膜;溅射温度;光电特性

1 引言

氧化锌（ZnO）是一种Ⅱ-Ⅵ族宽禁带直接带隙半导体材料，具有六角纤锌矿结构，室温下禁带宽度约为3.37eV，决定了其在可见光及近红外光的高透过率。锡掺杂氧化锌（TZO）报道较少，Sn相对于Al来说，其非金属性增强，Sn⁴⁺替代Zn²⁺的位置产生两个自由电子，与同掺杂浓度的Ⅲ族元素相比，能获得更高的载流子浓度，且Zn²⁺和Sn⁴⁺离子半径相近（rZn²⁺=0.074nm，rSn4⁺=0.069nm），Sn能够容易的替代Zn位置而不会有大的晶格畸变。

2实验

实验采用JSD-300高真空磁控溅射镀膜机，运用13.6MHz射频电源，纯度99.999%的氩气为溅射源。实验靶材为直径2英寸的ZnO：Sn陶瓷靶材，其采用化学纯的ZnO和SnO₂粉末（质量比为99：1）经鼓风干燥箱烘干。溅射室本底真空9×10﹣4pa，氩流量9sccm，靶基距7cm，溅射功率160W，压强1pa，预溅射10min，溅射时间1.5h。实验过程改变溅射温度分别50℃，100℃，150℃，200℃，250℃及300℃获得样品为a、b、c、d、e及f样品。

3结果与讨论

3.1 XRD结果及分析

结果显示ZnO：Sn薄膜在300℃只有34?附近的（002）衍射峰，在50℃-250℃除了（002）衍射峰，还有74°附近的（004）衍射峰.这说明SnO₂的掺入既没有出现二氧化锡的物相，也没有改变ZnO的六角铅锌矿晶体结构，即其垂直衬底方向的C轴择优生长性能.

晶粒尺寸随温度升高呈现线性增加趋势，开始溅射温度较低时，氩离子分子数密度低，虽然其分子自由程大，氩离子能量高，但其溅射产额低，晶粒尺寸并不大。随着溅射温度的进一步增大，被溅射出的原子或原子团数目增多，其形成的晶核数目增多，但同时其具有较高的能量，会使迁移、晶核融合进而晶粒长大_[2]。

3.2薄膜光学性能分析

3.21紫外-可见光谱及分析

测试了紫外可见光谱，根据结果显示，所有样品在400-900nm波长范围都有较高的透光率，平均透光率分别为92.1%、94.1%、93.4%、93%、94%和94.9%。但在420-900nm波长区间样品平均透光率均在92.4%- 94.9% 之间波动，这是工作温度变化使薄膜紫外吸收边峰发生移动的结果。所有样品在400nm波长以下透光率急剧下降，样品a、b、c、d、e及f透过率曲线有多峰出现，但所有样品峰值波长位置不同，这是薄膜厚度不同带来的干涉条纹级次不同的结果，薄膜厚度可以根据薄膜干涉理论求出。

参考文献

[1]Mahmood， Khalid， Munir， Rahim， Kang， Hyun Wook， et al.. An atmospheric pressure-based electrospraying route to fabricate the multi-applications bilayer （AZO/ITO） TCO films[J]. Rsc Advances， 3（48）：25741.

[2]  谌夏.Sn掺杂ZnO透明导电薄膜的制备与性能研究[D].重庆理工大学

[3]王何美，朱华，张金艳， 等.硼掺杂氧化锌透明导电薄膜性能的研究[J].功能材料，2016，47（2）：2100-2103

作者简介：许宛媚（1995-），女，汉，江西乐平，德镇陶瓷大学在读研究生，研究方向：纳米光电薄膜材料与器件