1、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（TEMPLATEDGRAINGROWTH，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
2、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（ZNOAL，AZO）体系的透明导电氧化物（TRANSPARENTCONDUCTIVEOXIDE，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
3、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（TEMPLATEDGRAINGROWTH，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
4、3。2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
5、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。3AZO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
6、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（1）粉末的制备。粉末粒径越小其比表
7、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。（2）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。（3）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。其成型加工方法主要有干压成型和冷等静压成型。而冷等静压成型具有坯体密度高而且均匀，模具制作方便，成本低等优点而被采用。（4）烧结。必须严格控制烧结温度等因数。温度过高会导致靶材中出现第二相组织，进而影响到包膜的质量。而温度过低时会出现烧不透的现象。缓慢降温工艺和长时间低温气氛处理能够有效地提高靶材的质量。目前，AZO溅射靶材面临的主
8、要技术问题存在如下1如何提高AZO溅射靶材的利用率。2如何大面积制备AZO溅射陶瓷靶材。3如何抑制溅射过程中微粒的产生。4如何提高陶瓷溅射靶材的致密度。4织构化工艺在压电陶瓷中的应用织构化工艺通过控制陶瓷的显微结构，使陶瓷内部晶粒定向排列，从而有效的提高陶瓷材料的压电性能12。压电陶瓷织构化工艺主要有热处理技术，非等轴粒子取向固化技术（OCAP），模板晶粒生长技术（TGG），反应模板晶粒生长技术（RTGG）和多层晶粒生长法（MLGG）。热处理技术和OCAP技术虽然可以制得高取向度的陶瓷，但成本高，也不适用于钙钛矿结构的材料。TGG和RTGG技术具有生产成本低，制备的样品取向度高，应用范围广等优
9、点，因而被广泛应用于制备织构化的压电陶瓷。5总结基于AZO透明导电薄膜优越的性能，它必将拥有良好的发展前景。虽然还有许多技术难点等待攻克，但其发展应用是必然趋势。而通过ZNO纳米棒作为晶粒模板诱导制备织构化的AZO靶材，将成为制备高质量AZO靶材和透明导电薄膜的有效途径。主要参考文献1杨伟方,梁展鸿,侯亚奇,庄大明,张弓氧化锌铝ZAO陶瓷靶材制备及其薄膜性能J真空科学与技术学报,2008,2810590632肖华,王华,任鸣放基于磁控溅射技术的ZAO透明导电薄膜及靶材的研究J液晶与显示,2006,212015801643王海泉，陈国华电场诱导例子取向排列的研究进展J华侨大学学报,2008,24
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