退火气氛对铝掺杂氧化锌薄膜光电性能的影响研究

"胡保付，刘丙国，徐坚，等．退火气氛对溶胶-凝胶法制备铝掺杂氧化锌薄膜光电性能的影响［J］．河南理工大学学报(自然科学版)，2019，38(1):147-151．doi:10．16186/j．cnki．1673-9787．2019．1．22" 本文主要探讨了退火气氛对通过溶胶-凝胶法制备的铝掺杂氧化锌(AZO)薄膜光电性能的影响。作者通过实验发现，退火处理的气氛环境对AZO薄膜的电导率和光学性质有着显著的调控作用。 首先，采用溶胶-凝胶法是一种常见的薄膜制备技术，它涉及将金属醇盐或无机酸盐溶液转化为均匀的溶胶，随后干燥并形成凝胶，最后通过退火处理形成固态薄膜。在这个过程中，铝掺杂是为了提高氧化锌的导电性，使其成为透明导电氧化物（TCO）材料。 实验结果显示，在不同退火气氛下，AZO薄膜的电导性能表现不同。在氮气（N2）环境中退火的薄膜，其载流子迁移率的变化不明显，但氧空位的增多导致载流子浓度增加，从而提高了电导率。这是因为氧空位可以作为复合中心，促进电子的迁移。 而在95% N2和5% 氢气（H2）的混合气体中退火的AZO薄膜，情况有所不同。在这种气氛下，氧空位的浓度进一步增加，同时晶界上的吸附氧被脱附，降低了晶界势垒。这使得载流子的迁移率和浓度显著提升，最终使得薄膜的电阻率降低至2.09×10^-3 Ω·cm。这样的低电阻率对于透明导电材料来说是理想的，因为它允许电流更有效地通过薄膜而不影响其透明度。 此外，AZO薄膜在400至800纳米的可见光波段内的透光率超过85%，表明这种薄膜在光电器件应用中具有良好的透明性。高透光率是透明导电材料的一个关键特性，使其适用于太阳能电池、显示器和触摸屏等设备的透明电极。 退火气氛的选择对于铝掺杂氧化锌薄膜的电导率和光学性质至关重要。氮气环境和N2/H2混合气环境下的退火处理分别通过不同的机制优化了薄膜的载流子浓度和迁移率，进而影响了其光电性能。这些研究结果为优化AZO薄膜的制备工艺提供了理论依据，有助于实现高性能的透明导电薄膜器件。