姓名 | 王文彬 |
院系 | 物理与光电工程学院 |
专业 | 应用物理学 |
年级 | 2012级 |
学号 | 20122313537 |
指导教师 | 闫金良 教授 |
| |
2016年5月16日
独 创 声 明
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作者签名:
二〇一 年 月 日
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作者签名:
二〇一 年 月 日
目 录
1引言..........................................................................................................................................2
2实验过程与分析方法 2
2.1纳米复合薄膜的制备 2
2.2纳米复合薄膜的分析方法 3
3实验结果与分析 3
3.1氧化锌单层与银单层的XRR检测与分析.....................................................................3
3.2 ZAZ多层膜系统的XRD检测与分析............................................................................4
3.3薄层电阻的测量...............................................................................................................6
3.4光学性质...........................................................................................................................7
4 结论 .9
参考文献 9
致 谢 10
ZnO/Ag纳米复合薄膜的结构和光电性能研究
王文彬
（物理与光电工程学院 应用物理学 2012级1班 20122313537）
摘 要：两组透明导电ZnO/Ag/ZnO多层膜系统（ZAZ）依次进行直流磁控溅射沉积。采用了不同的分析方法研究，分析银层厚度和氧化锌层厚度对ZAZ多层膜系统多层特性的影响。利用X射线衍射，研究了银层厚度和氧化锌层厚度对多层膜结构的影响。不同厚度的Ag膜作为中间金属层。银薄膜的最佳厚度为6nm，此时薄膜具有高光透射率和良好的导电性。用约20-25纳米厚的ZnO薄膜，在光谱的可见光范围内，多层膜显示出高的光透射率和具有颜中性。多层膜的电学和光学特性由于Ag膜性能而发生巨大的改变。高质量的透明电极（ZnO/Ag/ZnO）膜在580nm处的透光率高达90%，面电阻为3欧姆/平方米，高质量的 透明电极可以通过适当地控制制备参数被再现。薄膜的光学性质分析得到银层厚度和氧化锌层厚度影响多层膜透光率。
关键词：多层膜；氧化物；光学性能
Study on the structure and photoelectric properties of ZnO/Ag nano composite films
Wang Wenbin
(School of Physics and Optoelectronic Engineering, Applied Physics, Class1 Grade 2012, 20122313537)
Abstract: The two groups of transparent conductive ZnO/Ag/ZnO, ZAZ, multilayer coatings were successively deposited by direct current (DC) magnetron sputtering. Sputtering was carried out from zinc (Zn)and silver (Ag) metallic targets. The effects of Ag layer thickness and ZnO top layer thickness on the properties of the ZAZ multilayer system were examined using different analytical methods. The influences of the Ag layer t
hickness and ZnO top layer thickness on structural properties were studied using X-ray diffraction. The thicknesses of ZAZ multilayer system were determined using X-ray eflectometry.An Ag film with different thickness was used as intermediate metallic layers. The optimum thickness of Ag thin films was determined to be 6 nm for high optical transmittance and good electrical conductivity. With about 20-25 nm thick ZnO films, the multilayer showed high optical transmittance in the visible range of the spectrum and had color neutrality. The electrical and optical properties of the multilayers were changed mainly by Ag film properties. A high quality transparent electrode, having sheet resistance as low as 3 ohm/sq and high transmittance of 90% at 580 nm, was obtained and could be reproduced by controlling the preparation parameter properly.The optical constants of the ZAZ multilayer system were calculated from transmittance and reflectance measurements.
Key Words: Multilayers; Oxides;; Optical properties
1 引言
氧化锌（ZnO）薄膜已经被广泛的研究并作为透明电极[ 1 ]，例如：薄膜声体波谐振器[ 2 ]，表面声波器件[ 3 ]，锂离子电池的阳极材料[ 4 ]和气体传感器[ 5 ]，由于氧化锌薄膜的非毒性[ 6 ]，低成本[ 7 ]，物质丰度[ 8 ]，高氢等离子体和热循环的稳定性[ 9 ]
介电–金属–介质（D/M/D）薄膜在节能窗中是常被用作光学滤波器[ 10 ]，因为薄膜可以透过可见光，而反射红外辐射。此外，由于其低电阻率[ 11]，它们被用作汽车玻璃的透明导电薄膜。氧化锌是具有高折射率的介电材料，银是具有高消光系数低折射率的金属，这两种材料是D/M/D涂层的很好的选择。银层的厚度会影响ZnO/Ag/ZnO（ZAZ）多层膜物理性能与特性。因此，在本文中，我们研究银层厚度对ZAZ多层系统物理性质的影响，以及当银层厚度确定时，顶层ZnO的厚度对多层膜系统的影响。其优点是，在透明电极的应用中选择最佳的ZAZ多层膜系统。
2 实验过程与分析方法
2.1纳米复合薄膜的制备
在一般的直流磁控溅射系统中，准备两组ZAZ多层膜放在显微镜载玻片上。此外，还要
准备单层的ZnO薄膜和Ag膜。溅射系统完全是计算机控制的。该室配有多达六个不同的磁控阴极和目前允许在24个不同的基板上沉积。溅射系统已在其它地方描述[ 12 ]。在非真空条件下，ZAZ多层薄膜和两个参考薄膜先后被制作，打破了使用直径为7.5cm的Zn、Ag金属靶。首先，所有的基材，除去银的参考薄膜，被涂上一层厚度为56.7nm的ZnO层。其次，第一组衬底涂银层的厚度不同，第二组衬底涂覆有厚度为8.9nm Ag层。（在沉积银层之前，银靶利用氩等离子体清洗10min去除目标污染物。）然后，第一组基板涂厚度为56.7nm的ZnO层，第二组基板涂不同厚度的氧化锌层。表1显示了这些ZAZ多层膜系统的层结构。
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