氧化锌纳米棒在透明导电薄膜用AZO织构陶瓷中的应用研究【文献综述】.docVIP

宁波大学本科毕业设计（论文）系列表格 毕业设计文献综述 电子信息科学与技术 氧化锌纳米棒在透明导电薄膜用AZO织构陶瓷中的应用研究 摘要：Al掺杂ZnO（AZO）透明导电薄膜具有良好的可见光透过率和导电率，同时具有无毒、价廉、容易制备、性质稳定等优点，因而在薄膜太阳能电池以及平板显示等领域拥有广泛的应用前景[1]。利用陶瓷靶材的磁控溅射方式是AZO薄膜的主流制备方法，最近的研究表明具有高度取向的AZO陶瓷靶材有利于获得重复性好、工艺稳定、膜层均匀且易控制的AZO薄膜。其中模板辅助取向生长技术（Templated Grain Growth，TGG）是氧化锌取向陶瓷的重要制备技术，而高质量的氧化锌纳米棒有望被用作一维模板颗粒。本文将重点阐述目前氧化锌纳米棒的可控制备以及作为模板对AZO陶瓷的取向过程影响的研究现状。 关键词：氧化锌纳米棒，可控制备，AZO取向陶瓷 正文： 1.背景 最近， Al掺杂ZnO（ZnO:Al，AZO）体系的透明导电氧化物（Transparent conductive oxide，TCO），由于其原材料丰富、低廉、无毒、优异的光电特性以及在强H等离子体环境中性能稳定等优点，已逐渐替代FTO（F掺杂SnO2）和ITO（Sn掺杂In2O3），在薄膜太阳电池，平板显示领域已得到广泛的研究和应用[2]。采用磁控溅射AZO陶瓷靶制备相应透明导电薄膜已经在薄膜太阳能电池领域广泛应用。探索AZO磁控溅射陶瓷靶材制备技术对于高性能AZO透明导电玻璃产业化具有重要实用价值。已有研究表明靶材的取向化能满足产业化过程中薄膜高速、稳定、均匀沉积的需要，也是未来高性能靶材技术的发展方向之一。模板晶粒生长技术（Templated Grain Growth，TGG）以其工艺相对简单且能获得较高致密度是取向化AZO陶瓷的潜在的技术，他是利用少量具有较大尺寸的非等轴模板颗粒均匀分散在相对细小的等轴母体颗粒中，在外力作用下，模板颗粒按一定方向定向排列，并在烧结过程中利用Ostwald熟化机制吞并小颗粒实现定向生长的过程。在TGG中，最为关键的工作是实现模板颗粒的制备及其定向排列。对于ZnO而言，其纳米棒是非常好的一维模板颗粒，在电场的作用下可以被用来制备AZO取向陶瓷[3]。 氧化锌纳米棒的特性及其制备 氧化锌属六方晶系，晶体中Zn原子按六方紧密堆积排列，锌、氧原子在C方向上以层状排列[4]。氧化锌生长基元具有各向异性，沿c轴生长较快，最终可得到棒状纳米氧化锌[5]。氧化锌纳米棒是一种重要的光电半导体材料，在室温下具有较大的导带宽度和较高的电子激发能及光增益系数而使之具有独特的催化特性，压电特性和光电特性[6]。因而在光电信息、薄膜太阳能灯领域具有广泛的应用前景。氧化锌纳米棒的制备和性能研究已成为当今的热点。 氧化锌纳米棒的制备方法主要有水热法，化学溶液沉积法（即湿化学方法）[7]，化学气相沉积法，晶种诱导法和微波法[8]。其中湿化学方法具有对纳米棒的生长方向的控制，得到的氧化锌纳米棒阵列具有高致密度，且大小可调[9]。此种方法成本低，且可大量生产，有望工业化制备氧化锌纳米棒。 AZO透明导电薄膜的性质及制备[2] 透明导电薄膜具有优越的光学、电学性能，被广泛应用于太阳能电池等领域。透明导电薄膜的制备方法主要有磁控溅射法，化学气相沉积法，等离子体溅射法，喷射热分解法，脉冲激光法和溶胶-凝胶法[10]。这些方法各有特点及应用，其中磁控溅射技术由于溅射效率高、薄膜与基底的附着力好、可实现大面积镀膜而成为制备透明导电薄膜的最常用方法。通过磁控溅射技术得到的ITO透明导电薄膜具有较高的可见光透过率和红外反射率，低电阻率，较高的热稳定性和耐磨损等特性[11]。ITO薄膜在太阳能电池，液晶显示器等领域已有广泛的实际应用，但因其成本高且有毒等缺点而受到限制。相比之下，AZO薄膜不仅具有与ITO可比拟的电学和光学特性，而且原料丰富、价格低廉，无毒，是ITO薄膜最有希望的替代材料。 AZO薄膜的制备有锌铝合金靶反应溅射和AZO陶瓷靶直流磁控溅射。其中合金靶反应溅射由于其易毒化，溅射寿命短，膜层方块电阻分布不均而受到限制。而利用AZO陶瓷靶材磁控溅射AZO薄膜的重复性好、工艺稳定、膜层均匀且易控制而成为当前薄膜领域研究的一大热点。 磁控溅射AZO薄膜的性能在很大程度上往往受到AZO陶瓷靶材的性能的影响。因而对AZO靶材的研究和制备同等重要。AZO靶材的制备流程主要如下： 粉末的制备。粉末粒径越小其比表面积越高，而且具有良好的力学性能。可采用溶胶-凝胶的方法制备。 造粒。添加适当的粘结剂，将混合粉料进行一定时间的滚动造粒，增强颗粒的粘结强度，最终提高压坯的成形质量。 压坯成型。此步骤是获得高性能陶瓷靶材的关键。如果成型时在坯体中形成缺陷就会在靶材中表现出来。其