AZO（Al-doped ZnO）的高可控生长与臭氧应用

AZO（Al-doped ZnO）的高可控生长与臭氧应用

原理（简要）

AZO 为掺铝的氧化锌透明导电薄膜，性能受晶格完整性、氧空位、掺杂均匀性与界面缺陷强烈影响。臭氧作为强氧化剂，在氧化物薄膜生长中能增强前驱体的氧化、减少有机残余、抑制氧空位，从而提高结晶性与电子迁移率并调节载流子浓度。

目标/用途

透明导电薄膜（TCO）、触控/显示电极、透明场效应晶体管（TFT）的源/漏电极、光电子器件中的窗口层。

臭氧作用与效果

提高Zn源（或ALD 前驱体）氧化的完备性，减少碳残留。

降低可控氧空位，进而控制载流子浓度与电阻率（可更线性调节电导率）。

有利于低温下形成更致密、低缺陷的薄膜（在低于常规热氧化温度时尤为明显）。

常见沉积工艺与步骤（ALD为首选）

•ALD（推荐用于高可控性）

流程（示例）：

1.底材准备（超声洗净、等离子或UV/ozone处理）。

2.循环：Zn 前驱体脉冲（如DEZ）→ 泵空/惰性气体吹扫 → 臭氧脉冲（或O₂+O₃）→ 吹扫。

3.通过改变 ALD 循环中 Al 掺杂脉冲的周期（例如每 N 个 Zn 周期插入 1 个 Al 前驱体）控制掺杂浓度。

示例参数（需设备校准）：

基底温度：100–200 °C（低温器件友好）

臭氧源：1-200mg/L O₃（参考）

臭氧脉冲时长：0.1–2 s（并配合数秒吹扫）

循环数：按厚度需求

•PLD / CVD / MBE

在氧气/臭氧环境中（PLD可用 O₂+O₃ 背压），臭氧可提高薄膜氧化度，减少后退火需要。MBE 用臭氧作为活性氧源（低压），有利生长高质量氧化物。

•臭氧要求（参考）

浓度：1-200mg/L O₃（参考），对 ALD 来说常用 O₃ 在 0.01–0.2% 体积分数；在 MBE 中以低分压（10⁻⁶–10⁻⁵ Torr）引入活性氧（以 O₃ 分解提供氧原子）。

曝露时间：短脉冲（毫秒–秒）用于 ALD；连续低压环境用于 MBE/PLD。

温度与流量：随基底温度和前驱体化学决定，需实验优化。

•注意事项与表征

臭氧会损伤某些有机封装/基材，注意材料相容性与安全。

表征：XRD（结晶相）、XPS（氧化态与氧空位）、Hall（载流子浓度/迁移率）、AFM（表面粗糙度）、四探针（电阻率）。

通过改变臭氧强度与脉冲策略可在导电性与透光率之间找到很好平衡。