AZO（Al-doped ZnO）的高可控生長與臭氧應(yīng)用

原理（簡要）

AZO 為摻鋁的氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜，性能受晶格完整性、氧空位、摻雜均勻性與界面缺陷強(qiáng)烈影響。臭氧作為強(qiáng)氧化劑，在氧化物薄膜生長中能增強(qiáng)前驅(qū)體的氧化、減少有機(jī)殘余、抑制氧空位，從而提高結(jié)晶性與電子遷移率并調(diào)節(jié)載流子濃度。

目標(biāo)/用途

透明導(dǎo)電薄膜（TCO）、觸控/顯示電極、透明場效應(yīng)晶體管（TFT）的源/漏電極、光電子器件中的窗口層。

臭氧作用與效果

提高Zn源（或ALD 前驅(qū)體）氧化的完備性，減少碳?xì)埩簟?/p>

降低可控氧空位，進(jìn)而控制載流子濃度與電阻率（可更線性調(diào)節(jié)電導(dǎo)率）。

有利于低溫下形成更致密、低缺陷的薄膜（在低于常規(guī)熱氧化溫度時(shí)尤為明顯）。

常見沉積工藝與步驟（ALD為首選）

?ALD（推薦用于高可控性）

流程（示例）：

1.底材準(zhǔn)備（超聲洗凈、等離子或UV/ozone處理）。

2.循環(huán)：Zn 前驅(qū)體脈沖（如DEZ）→ 泵空/惰性氣體吹掃 → 臭氧脈沖（或O?+O?）→ 吹掃。

3.通過改變 ALD 循環(huán)中 Al 摻雜脈沖的周期（例如每 N 個(gè) Zn 周期插入 1 個(gè) Al 前驅(qū)體）控制摻雜濃度。

示例參數(shù)（需設(shè)備校準(zhǔn)）：

基底溫度：100–200 °C（低溫器件友好）

臭氧源：1-200mg/L O?（參考）

臭氧脈沖時(shí)長：0.1–2 s（并配合數(shù)秒吹掃）

循環(huán)數(shù)：按厚度需求

?PLD / CVD / MBE

在氧氣/臭氧環(huán)境中（PLD可用 O?+O? 背壓），臭氧可提高薄膜氧化度，減少后退火需要。MBE 用臭氧作為活性氧源（低壓），有利生長高質(zhì)量氧化物。

?臭氧要求（參考）

濃度：1-200mg/L O?（參考），對 ALD 來說常用 O? 在 0.01–0.2% 體積分?jǐn)?shù)；在 MBE 中以低分壓（10??–10?? Torr）引入活性氧（以 O? 分解提供氧原子）。

曝露時(shí)間：短脈沖（毫秒–秒）用于 ALD；連續(xù)低壓環(huán)境用于 MBE/PLD。

溫度與流量：隨基底溫度和前驅(qū)體化學(xué)決定，需實(shí)驗(yàn)優(yōu)化。

?注意事項(xiàng)與表征

臭氧會(huì)損傷某些有機(jī)封裝/基材，注意材料相容性與安全。

表征：XRD（結(jié)晶相）、XPS（氧化態(tài)與氧空位）、Hall（載流子濃度/遷移率）、AFM（表面粗糙度）、四探針（電阻率）。

通過改變臭氧強(qiáng)度與脈沖策略可在導(dǎo)電性與透光率之間找到很好平衡。