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氧流量比和热退火对反应直流磁控溅射铝掺杂氧化锌薄膜缺陷演化的影响( Effects of Oxygen Flow Ratio and Thermal Annealing on Defect Evolution of Aluminum Doped Zinc Oxide Thin Films by Reactive DC Magnetron Sputtering )
Chao Ping Liu Zhan Hua Li Kingsley Egbo Cheuk Kai Kwok Kin Man Yu
Al掺杂ZnO(AZO)是一种有望取代昂贵的Sn掺杂In2O3(ITO)的透明导电氧化物。了解AZO中缺陷的形成和演化对其进一步改进至关重要。在这里，我们用反应直流磁控溅射法合成了透明导电AZO薄膜。采用多种分析方法研究了氧流量比和不同条件下的快速退火(RTA)对其结构和光电性能的影响。我们发现，与富Zn条件下生长的AZO薄膜相比，富O条件下生长的AZO薄膜表现出较差的光电性能，这可能是由于形成了过多的天然受主缺陷和/或第二相（如Al2O3)。随温度变化的霍尔测量结果表明，N>1020cm-3的高度简并AZO薄膜的迁移率主要受电离杂质和中性杂质的限制，而N～1019cm-3较低的薄膜由于晶粒势垒散射而表现出温度激活迁移率。随着N的增加，AZO薄膜的光学带隙随着Burstein-Moss位移和带隙变窄而增大。在适当的条件下（即在Ar中500oC、60s)进行RTA处理，可以进一步提高AZO薄膜的电学性能，使薄膜的电阻率降低到6.2×10-4Ωcm，而在高温和较长时间的RTA处理会导致大量的亚间隙缺陷态的形成，从而降低电子迁移率。X射线光电子能谱研究了AZO薄膜表面Al（Zn）含量随工艺条件的变化。
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