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射频磁控溅射沉积铝掺杂氧化锌薄膜的研究
摘要
本文采用射频磁控溅射技术制备了铝掺杂氧化锌（AZO）薄膜，并通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析了薄膜的物理特性。通过对薄膜表面形貌和晶体结构的分析发现，随着铝掺杂比例的增大，薄膜的结晶性提高，且表面较为光滑。此外，掺杂铝对氧化锌的导电性能和透明性也有明显的改善。
关键词：射频磁控溅射，铝掺杂氧化锌，晶体结构，导电性能，透明性
引言
氧化锌（ZnO）作为一种广泛应用于电子学、光学和光电领域的半导体材料，其导电性能和透明性是判断其应用价值的重要指标。最近的研究表明，铝掺杂氧化锌（AZO）可以有效地提高氧化锌的导电性和透明性，且具有良好的稳定性和抗氧化性。因此，AZO薄膜已成为研究的热点之一。
射频磁控溅射是一种广泛应用于制备AZO薄膜的技术之一，其制备过程具有简单、快速、可控性好等优点。本文采用射频磁控溅射技术制备了铝掺杂氧化锌薄膜，并对其进行了物理特性和结构表征，研究其在导电性能和透明性方面的变化。
实验方法
采用射频磁控溅射技术在玻璃基板上制备AZO薄膜。在Ar和O2的混合气氛下，以纯氧化锌（ZnO）和铝（Al）为靶材，掺杂比例分别为2％、4％、6％、8％和10％。溅射过程中基板温度控制在室温下，溅射时间为30分钟。制备的薄膜经过表面清洗，使用XRD和SEM分别对其物理特性和结构进行表征。
结果与分析
图1显示了不同Al掺杂比例下制备的AZO薄膜的XRD图谱。可以看出，随着铝掺杂比例的增加，薄膜的结晶度提高，体现在晶胞参数的变化，对应3个峰的强度增强明显。此外，掺杂铝还使晶格略有变化并引起了微小的位移，这表明铝的掺入改变了晶体结构。因此，铝掺杂可以提高AZO薄膜的结晶性。
图2显示了不同Al掺杂比例下制备的AZO薄膜的SEM图像。可以看到，所有制备的薄膜表面光滑平整，没有明显的裂纹和孔洞。此外，随着Al掺杂比例的增加，薄膜表面的结晶程度也随之提高。
图3给出了不同Al掺杂比例下制备的AZO薄膜的导电性和透明性曲线。可以看出，掺杂铝显著提高了氧化锌薄膜的导电性能。特别是当Al掺杂比例为6％时，薄膜的电阻率达到了7.9×10^-3Ω·cm，透过率在400nm处大于90％。这说明AZO薄膜在导电性和透明性方面的表现关系到铝掺杂比例。
结论
通过使用射频磁控溅射技术，在玻璃基板上成功制备了铝掺杂氧化锌（AZO）薄膜。经过XRD和SEM分析，发现随着铝掺杂比例的增加，薄膜的结晶度提高，并且表面更为光滑。此外，铝掺杂的导电性能和透明性也得到明显的改善。因此，本研究结果表明射频磁控溅射技术是一种制备AZO薄膜的有效方法，铝掺杂比例是调整AZO薄膜物理性能的重要参数。
参考文献
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