制备条件对镓掺杂氧化锌薄膜的透明导电性影响 (2012年)
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第
42
卷第
6
期
2012
年
11
月
河南大学学报（自然科学版）
Journal
of
Henan
University
(Natural
Science)
Vol. 42 No. 6
Nov. 2012
制备条件对镣掺杂氧化铸薄膜的透明导电性影晌
吴木营
1
，刘敏霞
1
，李洪涛
1
，杨雷
1
，张伟风
2
(
1.
东莞理工学院电子工程学院，广东东莞
523808;
2.
河南大学光伏材料重点实验室，河南开封
475001)
摘
要：用高温固相反应法制备了嫁掺杂的氧化钵导电陶窍，研究了预烧温度、烧结温度和掺杂浓度等工艺条件；
用射频磁控溅射方法分别在玻璃和石英基底上沉积了稼掺杂的氧化镑薄膜，研究了该薄膜在不同的基底温度和不
同的氧氢比等条件下的光电性质的变化情况以及氮气氛下不同退火温度下的光电性质，结果表明：嫁掺杂氧化绊
薄膜在
450
℃的基底温度、
2%
的掺杂浓度和
700
℃的退火温度等条件下实现了。.
84× 10 4 n .
cm
的低电阻率和
大于
90
%的可见光透过率，其光学带隙随退火温度的上升也有一定程度的增大．
关键词：工艺条件；导电陶瓷；透明导电氧化物；综掺杂氧化钵薄膜；射频磁控溅射
中图分类号：
TN304.
21
文献标志码：
A
文章编号：
1003-4978
(
2012)
06
一
0707-05
Effect
of
Process Conditions on the
Transparent
Conductive
Properties
Ga-Doped
Thin
Films
WU
Mu-ying1,
LIU
Min-xia1
,
LI
Hong-tao1,
YANG
Lei1,
ZHANG
Wei-feng2
( l
.College
of
Electro
η
ic
Engineering,
Donggu
αη
University
of
Technology,
Guangdong
Dongguan
523808,
Chi
ηα
，
2
.Key
Lα
boratory
of
Photovoltaic
Materials,
Hen.an.
University,
Henan
Kaifeng
4
75001,
China)
Abstract:
In this paper, Ga-doped zinc oxide ( GZO) conductive ceramics were prepared by high temperature solid state
reaction method and the process conditions ( presinter
temperatu
肥，
sinter
temperature and Ga doping level ) were
investigated.τransparent
conducting GZO thin films were prepared on glass and quartz substrates by magnetron sputtering
respectively .
The
electrical resistivity and opticfll transparency of the GZO films have been investigated as a function of
substrate deposition temperature , oxygen partial pressures and different annealing temperatures
in
nitrogen ambience.
Experimental results show that GZO film with a low resistivity of approximately 8. 4
×
10
5 [),.cm and a visible light transitivity
of greater
tl1an
90
% can be obtained using substrate deposition temperature of
450
℃，
Ga
doped level of 2 % and thermal
arm
巳
aling
temperature of
700
℃.
The
value of optical band gap of GZO increased with the rise of the annealing temperatures of
the GZO thin film.
Key
words:
process
conditions;
conductive ceramics;
transparent
conducting
oxide;
ga-doped ZnO (
GZO)
films;
radio
frequency(RF)
magnetron
sputtering
透明导电氧化物薄膜
CTCO
）一般指电阻率小于
10-3
n.
cm
，透过率大于
80%
的材料，这类材料已广泛
用于平板显示、太阳电池、光电器件、压电器件以及声学器件．就其性能来讲，基于锢锡氧化物
CITO
）的透明
导电材料已有广泛应用［
l
］，但锢是稀有金属，产量少，价格昂贵，某些掺杂有毒副作用，而且
ITO
应用于太阳
电池时，电性能不够稳定［
2
］，因此有必要寻求新的
TCO
材料．后来，
T
Mina
mi
等人报道了掺杂的氧化辞薄
膜材料具有更稳定的性质和较好的透明导电性质［
3-4
］.最近的研究显示，由田族元素掺杂的氧化辞具有较好
的热稳定性．因此，开发掺杂氧化怦
TCO
材料很有意义．在对
ZnO
掺杂透明导电薄膜的研究中，人们发现
Ga
掺杂具有很多优点，与其他掺杂元素相比，
Ga3
＋离子半径和
Zn2
十离子半径很接近，
Zn-0
与
Ga
0
的键
长相差较小，分别为
0.
197
口
m
和
0.
192
nm
，即使在高掺杂放度情况下，掺杂对
ZnO
晶格畸变的影响也较
收稿日期：
2012
05-20
基金项目：东莞市科技计划（高等院校、科研机构研发经费）资助项目（
200910814032;2011108102025
）；东莞理工学院创新
人才项目（
£3456108)
作者简介：吴木营（
1961
一），男，硕士，副教授．长期从事材料科学、计算物理和理论物理的研究．
第
42
卷第
6
期
2012
年
11
月
河南大学学报（自然科学版）
Journal
of
Henan
University
(Natural
Science)
Vol. 42 No. 6
Nov. 2012
制备条件对镣掺杂氧化铸薄膜的透明导电性影晌
吴木营
1
，刘敏霞
1
，李洪涛
1
，杨雷
1
，张伟风
2
(
1.
东莞理工学院电子工程学院，广东东莞
523808;
2.
河南大学光伏材料重点实验室，河南开封
475001)
摘
要：用高温固相反应法制备了嫁掺杂的氧化钵导电陶窍，研究了预烧温度、烧结温度和掺杂浓度等工艺条件；
用射频磁控溅射方法分别在玻璃和石英基底上沉积了稼掺杂的氧化镑薄膜，研究了该薄膜在不同的基底温度和不
同的氧氢比等条件下的光电性质的变化情况以及氮气氛下不同退火温度下的光电性质，结果表明：嫁掺杂氧化绊
薄膜在
450
℃的基底温度、
2%
的掺杂浓度和
700
℃的退火温度等条件下实现了。.
84× 10 4 n .
cm
的低电阻率和
大于
90
%的可见光透过率，其光学带隙随退火温度的上升也有一定程度的增大．
关键词：工艺条件；导电陶瓷；透明导电氧化物；综掺杂氧化钵薄膜；射频磁控溅射
中图分类号：
TN304.
21
文献标志码：
A
文章编号：
1003-4978
(
2012)
06
一
0707-05
Effect
of
Process Conditions on the
Transparent
Conductive
Properties
Ga-Doped
Thin
Films
WU
Mu-ying1,
LIU
Min-xia1
,
LI
Hong-tao1,
YANG
Lei1,
ZHANG
Wei-feng2
( l
.College
of
Electro
η
ic
Engineering,
Donggu
αη
University
of
Technology,
Guangdong
Dongguan
523808,
Chi
ηα
，
2
.Key
Lα
boratory
of
Photovoltaic
Materials,
Hen.an.
University,
Henan
Kaifeng
4
75001,
China)
Abstract:
In this paper, Ga-doped zinc oxide ( GZO) conductive ceramics were prepared by high temperature solid state
reaction method and the process conditions ( presinter
temperatu
肥，
sinter
temperature and Ga doping level ) were
investigated.τransparent
conducting GZO thin films were prepared on glass and quartz substrates by magnetron sputtering
respectively .
The
electrical resistivity and opticfll transparency of the GZO films have been investigated as a function of
substrate deposition temperature , oxygen partial pressures and different annealing temperatures
in
nitrogen ambience.
Experimental results show that GZO film with a low resistivity of approximately 8. 4
×
10
5 [),.cm and a visible light transitivity
of greater
tl1an
90
% can be obtained using substrate deposition temperature of
450
℃，
Ga
doped level of 2 % and thermal
arm
巳
aling
temperature of
700
℃.
The
value of optical band gap of GZO increased with the rise of the annealing temperatures of
the GZO thin film.
Key
words:
process
conditions;
conductive ceramics;
transparent
conducting
oxide;
ga-doped ZnO (
GZO)
films;
radio
frequency(RF)
magnetron
sputtering
透明导电氧化物薄膜
CTCO
）一般指电阻率小于
10-3
n.
cm
，透过率大于
80%
的材料，这类材料已广泛
用于平板显示、太阳电池、光电器件、压电器件以及声学器件．就其性能来讲，基于锢锡氧化物
CITO
）的透明
导电材料已有广泛应用［
l
］，但锢是稀有金属，产量少，价格昂贵，某些掺杂有毒副作用，而且
ITO
应用于太阳
电池时，电性能不够稳定［
2
］，因此有必要寻求新的
TCO
材料．后来，
T
Mina
mi
等人报道了掺杂的氧化辞薄
膜材料具有更稳定的性质和较好的透明导电性质［
3-4
］.最近的研究显示，由田族元素掺杂的氧化辞具有较好
的热稳定性．因此，开发掺杂氧化怦
TCO
材料很有意义．在对
ZnO
掺杂透明导电薄膜的研究中，人们发现
Ga
掺杂具有很多优点，与其他掺杂元素相比，
Ga3
＋离子半径和
Zn2
十离子半径很接近，
Zn-0
与
Ga
0
的键
长相差较小，分别为
0.
197
口
m
和
0.
192
nm
，即使在高掺杂放度情况下，掺杂对
ZnO
晶格畸变的影响也较
收稿日期：
2012
05-20
基金项目：东莞市科技计划（高等院校、科研机构研发经费）资助项目（
200910814032;2011108102025
）；东莞理工学院创新
人才项目（
£3456108)
作者简介：吴木营（
1961
一），男，硕士，副教授．长期从事材料科学、计算物理和理论物理的研究．
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