柔性衬底Zn—Sn—O透明导电膜的特点分析

刘月豹

摘 要：柔性衬底薄膜的光电特性较好，能够在多个领域得到应用。基于这种认识，本文利用射频磁控溅射技术完成了柔性衬底Zn-Sn-O透明导电膜的制备，并对该种材料的结构特点和光电特性展开了分析，从而为关注这一话题的人们提供参考。

關键词：柔性衬底；Zn-Sn-O透明导电膜；特点

现阶段，常用的氧化物薄膜包含ITO、ZnO、SnO2。但是应用ITO将遭遇铟扩散的问题，以至于器件性能将有所衰减。应用ZnO则会出现氧吸附问题，从而导致器件的电学性能不断降低[ 1 ]。应用SnO2，则会出现较难实现刻蚀加工的问题。进行柔性衬底Zn-Sn-O透明导电膜的制备，则能将ZnO和SnO2的优点集中起来。因此，还应加强对柔性衬底Zn-Sn-O透明导电膜的特点分析，以便更好的进行该种材料的制备和应用。

1 柔性衬底Zn-Sn-O透明导电膜的制备

从以往的研究来看，在400℃的衬底温度下利用磁控溅射法能够完成Zn2SnO4膜的制备。该种导电膜的电阻率约为5.0*10-2Ω°cm，在可见光的范围内，导电膜的平均透过率将能超出80%。在实际进行柔性衬底Zn-Sn-O透明导电膜制备时，可以在PPA衬底上完成Zn-Sn-O透明导电膜的制备。

为对玻璃衬底和柔性衬底的Zn-Sn-O导电膜的特性展开比较，同时也要在conring7059玻璃衬底上进行室温淀积，从而完成另一种Zn-Sn-O导电膜的制备。而溅射过程需要在2*10-3Pa基础真空条件下完成，并利用直径为8.5cm的陶瓷靶进行射频磁控溅射，靶到基片之间有5cm的距离。使用的原料为纯度为99.99%的ZnO和SnO2粉末。按照1：1的比例进行原料混合，然后进行1400℃高温烧结。此外，薄膜的溅射需要在2mPa氧分压和1Pa氩分压条件下，并且在室温环境中，使用的靶为水冷式。

2 柔性衬底Zn-Sn-O透明导电膜的特点分析

2.1 结构特点分析

使用X射线衍射仪进行薄膜结构的测量和分析，可以发现玻璃衬底薄膜的厚度为380nm，其中包含O、Sn、Zn和碳元素。而碳元素的产生，可能是由于薄膜制备的过程中吸附了二氧化碳，从而受到了碳污染。在该种薄膜中，拥有尺寸十分小的非晶颗粒，这一特点也能从其衍射谱中无明显衍射峰上得到体现。而在柔性衬底薄膜中，则不包含大颗粒[ 2 ]。产生这一现象，主要是由于使用有机材料作为衬底将产生较大惰性，无法较好的与薄膜界面匹配，进而导致薄膜致密性稍差。

2.2 光电特性分析

如下表1，使用X射线能谱仪进行薄膜测量可以发现，柔性衬底薄膜的电阻率能够达到1.3*10-2Ω°cm，可见光平均透过率为82%。而玻璃衬底薄膜的电阻率能够达到7.27*10-3Ω°cm，可见光平均透过率为90%。此外，玻璃衬底薄膜中包含有2.6的[O]/（[Sn]+[Zn]）比例。到了靶中心，这一比例下降至1.5。

分析原因可以发现，这是由于薄膜在空气中长时间暴露，所以吸附了一定的二氧化碳和氧气，进而导致薄膜表面氧含量较高。而柔性衬底薄膜的这一比例约为0.8，这是由于薄膜表面吸附的氧被Ar+轰击去除了。从化学配比上来看 ，柔性衬底薄膜的氧与理想化学配比有一定的偏差，氧空位较多。而氧空位为薄膜载流子的来源，所以薄膜的电阻率有所提高。

在Ar+的轰击下，薄膜中碳原子含量也有所减小，由此可以证明薄膜中碳元素的存在于薄膜对二氧化碳的吸附有关。而随着溅射功率的增加，无论是玻璃衬底薄膜还是柔性衬底薄膜的电阻率都有所下降，并在功率达到100W左右下降至最低。超出100W后，随着功率的增加，薄膜电阻率开始不断升高，但是变化幅度有限。

分析原因可以发现，在功率不大的情况下，溅射得到的原子只会携带较少的能量达到衬底，所以形成的薄膜拥有较多缺陷，进而导致薄膜电阻率较高。而在功率不断增加的情况下，薄膜的缺陷逐渐减少，其电阻率也不断减小。而在功率超出100W后，薄膜的缺陷已经减少到一定程度，氧空位也随之减少，从而导致薄膜载流子减少，进而导致薄膜电阻率升高[ 3 ]。

因此，薄膜的最佳制备条件即为100W的溅射功率，在该条件下制备的玻璃衬底薄膜和柔性衬底薄膜电阻率最小。

3 结论

通过分析可以发现，使用射频磁控溅射技术进行柔性衬底Zn-Sn-O透明导电膜的制备，在100W的溅射功率下获得的电阻率最小，约为1.3*10-2Ω°cm，可见光平均透过率为82%。该种薄膜拥有非晶结构，附着性良好。而薄膜中包含的碳原子来自于表面吸附作用，薄膜中氧则与理想化学配比有一定的差距，氧空位较多。

参考文献：

[1] 鲁云华，康文娟，胡知之，等.柔性透明导电膜衬底材料的研究进展[J].化工新型材料，2010，09：27-29.

[2] 王雅欣，裴志军，王爽，等.柔性衬底硅基太阳电池ZAO透明导电膜的研究[J].光电子.激光，2012，05：928-932.

[3] 黄红梁.ITO透明导电膜制备工艺研究[J].硅谷，2012，12：103-104.