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TECHNICAL ARTICLES透明導(dǎo)電氧化物(Transparent Conductive Oxide,TCO)是一種在可見光光譜范圍(380nm < λ < 780nm)透過率很高且電阻率較低的薄膜材料,由于其良好的光電性能在節(jié)能玻璃、熱窗、電磁屏蔽窗、觸摸屏、液晶面板、太陽能電池、發(fā)光二極管等領(lǐng)域,被作為智能窗口材料、加熱導(dǎo)體、電磁屏蔽材料、薄膜電容材料、透明導(dǎo)電電極等而得到廣泛的應(yīng)用。
TCO薄膜材料主要有CdO、In2O3、SnO2和ZnO等氧化物及其相應(yīng)的復(fù)合多元化合物半導(dǎo)體材料。電子工業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)透明導(dǎo)電薄膜綜合性能的要求日趨提高,同時(shí)巨大的使用量使以稀有金屬銦為主要成分的ITO透明導(dǎo)電薄膜的成本劇增。鋁摻雜氧化鋅(ZnO:Al,AZO)由于其良好的光電性能、豐富的原料儲(chǔ)量、良好的刻蝕性能及在氫等離子體中能夠穩(wěn)定存在等突出特點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。
AZO透明導(dǎo)電薄膜的禁帶寬度達(dá)到3.4ev,本征吸收限為360nm,可減少P,N型摻雜區(qū)對(duì)光的吸收,提高光能量的利用率,是合適的窗口層材料。同時(shí),AZO在等離子體中穩(wěn)定性好,制備技術(shù)簡(jiǎn)單,原料便宜易得,無毒,在性能上與ITO可比擬,這些特點(diǎn)使其成為ITO的替代品。隨著透明導(dǎo)電薄膜的應(yīng)用發(fā)展,AZO濺射靶材及薄膜沉積技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。
磁控濺射鍍膜工藝是指將涂層材料做為靶陰極,利用氬離子轟擊靶材,產(chǎn)生陰極濺射,把靶材原子濺射到工件上形成沉積層的一種鍍膜技術(shù)。
磁控濺射鍍膜工藝對(duì)濺射靶材的要求較高,如尺寸、平整度、純度、各項(xiàng)雜質(zhì)含量、密度、N/O/C/S、晶粒尺寸與缺陷控制有明確要求。
AZO靶材性能指標(biāo)有致密度、晶粒大小及均勻性、氣孔大小及分布、電阻率等,這些性能都與靶材的制備工藝,尤其與靶材的燒結(jié)致密化過程密切相關(guān)。
與無壓燒結(jié)工藝相比,熱壓燒結(jié)可以降低燒結(jié)溫度,縮短燒結(jié)時(shí)間,抑制晶粒生長(zhǎng),可獲得晶粒細(xì)小、致密度高和電學(xué)性能良好的產(chǎn)品。采用熱壓燒結(jié)工藝制備的氧化鋅鋁(AZO)靶材具有純度高、雜質(zhì)少、相對(duì)致密度高、晶粒均勻、一致性高等優(yōu)勢(shì),因此,研究AZO靶材的熱壓致密化工藝,對(duì)AZO靶材的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和薄膜太陽能產(chǎn)業(yè)來說都具有重要的意義。
AZO粉體制備
制備Al均勻摻雜的AZO粉體,一般采用化學(xué)共沉淀法和機(jī)械合金化。
化學(xué)共沉淀法:是指將所需的金屬鹽溶于溶劑,加入沉淀劑形成前驅(qū)體,過濾、煅燒制備得到所需粉體的一種方法。
機(jī)械合金化法:是將ZnO與Al2O3粉料充分混合后,通過球磨機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中使粉末發(fā)生反復(fù)的變形、冷焊和破碎,從而實(shí)現(xiàn)元素間原子水平合金化。
AZO靶材熱壓燒結(jié)
高密度靶材的具體制備工藝:
將原料粉體松裝如模具中,壓實(shí)后在真空狀態(tài)或惰性氣體的保護(hù)下,熱壓燒結(jié)制備。
熱壓工藝參數(shù):抽真空至 1 ~ 100Pa,加壓30MPa;然后慢慢升溫,在1000℃ ~ 1200℃內(nèi)保溫約2小時(shí),再緩慢降溫。
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