衬底温度对磁控溅射生长HMGZO薄膜特性的影响  

Substrate temperature-dependant properties of HMGZO thin films deposited by DC magnetron sputtering

作　　者：刘杰铭 陈新亮[1] 田淙升 梁俊辉[1] 张德坤[1] 赵颖[1] 张晓丹[1] 

机构地区：[1]南开大学光电子薄膜器件与技术研究所、光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室、光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300071

出　　处：《光电子．激光》2014年第11期2114-2122,共9页Journal of Optoelectronics·Laser

基　　金：国家重点基础研究发展计划(2011CBA00705,2011CBA00706,2011CBA00707);科技部“863”高技术发展计划(2013AA050302);中央高校基本科研业务费专项资金(65010341);天津市应用基础及前沿技术研究计划13JCZDJC26900);天津市重大科技支撑计划(11TXSYGX22100)资助项目

摘　　要：为适应高效Si基薄膜太阳电池对宽光谱透明导电薄膜的需求,采用磁控溅射技术生长了不同衬底温度氢化作用下Ga和Mg共掺杂ZnO（HMGZO）透明导电氧化物（TCO）薄膜。研究了不同衬底温度（200~280℃）对HMGZO薄膜结晶特性及光电特性的影响。实验结果表明,制备的HMGZO薄膜均为具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜,呈现（002）晶面择优生长。随着衬底温度的升高,薄膜中Mg含量逐渐增加,并且薄膜表面新型锥状结构趋于致密和均匀化。在各元素含量和结晶质量的共同影响下,其电阻率随着温度的升高从6.70×10-4Ω·cm增加至7.63×10-4Ω·cm。所有薄膜在可见光区域（380~800nm）的透过率均在80%以上,由于载流子共振吸收的作用,近红外区域的透过率有所下降。MgO扩展带隙的作用和Burstein-Moss（BM）效应的影响共同促进了薄膜光学带隙Eg展宽,使得Eg达到了3.75eV。当衬底温度为280℃时,薄膜方块电阻为4.91Ω/sq,电阻率为7.63×10-4Ω·cm,光电性能指数ΦTC值达0.022Ω-1。To meet the demands of high efficient silicon thin film solar cells,hydrogenated Mg and Ga co- doped ZnO （HMGZO） films have been deposited by pulsed DC magnetron sputtering at different sub- strate temperatures. The structural,morphological,optical,and electrical properties of HMGZO films are investigated in detail. Experimental results show that all the HMGZO films present a polycrystalline hexagonal wurtzite phase with a c-axis preferred orientation. With increasing the substrate temperature, the novel cone-like surface morphology of HMGZO films becomes denser,and the content of Mg atoms in HMGZO films increases. The optical transmittances of all the HMGZO thin films are higher than 80 % in the visible wavelength range from 380 nm to 800 nm. The incorporation of Mg atoms and Burst- ein-Moss （BM） band filling determined by carrier concentrations together contribute to the band-gap （Eg） broadening phenomenon,and the Eg of the HMGZO films reaches 3.75 eV. The HMGZO film de- posited at 280 ℃ exhibits a low sheet resistance of 4.91 Ω,low resistivity of 7.63 ×10 -4 Ω· cm and high ФTc value of 0. 022 Ω-1.

关 键 词：ZNO薄膜 Mg和Ga共掺 H2引入 衬底温度 光学带隙展宽 太阳电池 

分 类 号：O484[理学—固体物理]