ZnO工艺对主体结构为ZnO_Ag_ZnO的低辐射薄膜膜层电学性能的影响.pdf

玻璃深加工ZnO工艺对主体结构为ZnO/Ag/ZnO的低辐射薄膜膜层电学性能的影响周枫（信义节能玻璃（芜湖）有限公司芜湖2 410 0 0）摘要对低辐射薄膜电学性能的研究可以反应出功能层银的生长质量，而银的生长质量也决定了低辐射薄膜的性能。通过改变主体结构为ZnO/Ag/ZnO的低辐射薄膜中ZnO的氧气含量、工艺气压及厚度，研究其对薄膜的电学性能的影响。结果表明，当氧化锌氧气含量大于7 6%，工艺气压在0.6 2 Pa左右，前氧化锌厚度为10 nm，后氧化锌厚度大于等于5nm时，膜层的电学性质最为优异。关键词低辐射镀膜玻璃；银层生长；电学性质中图分类号：TQ171文献标识码：A文章编号：10 0 3-19 8 7（2 0 2 3）0 6-0 0 3 9-0 5Effect of ZnO Process on Electrical Propertiesof Low-E Films with ZnO/Ag/ZnO Main StructureZHOU Feng(Xinyi Glass（Wu h u )C o mp a n y L i mi t e d,Wu h u 2 410 0 0,C h i n a )Abstract:The study on the electrical properties of Low-E films can reflect the growth quality of silver infunctional layer,and the growth quality of silver also determines the performance of Low-E films.Bychanging the oxygen content,process pressure and thickness of ZnO in ZnO/Ag/ZnO Low-E films,theeffects on the electrical properties of the films were investigated.The results show that when the oxygencontent of ZnO is more than 76%,the process pressure is about 0.62 Pa,and the thickness of the pre-ZnO is10 nm and the thickness of the post-ZnO is 5 nm,the electrical properties of the film are the best.Key Words:Low-E coated glass,silver layer growth,electrical properties学性能的好坏不仅与薄膜中银层的厚度有关，还与0引言其生长质量紧密相连，而银层的生长质量则可以通低辐射镀膜玻璃是在玻璃表面镀上多层金属或其他化合物组成的膜系产品，使其对4.52 5um红外线有较高的反射比【。目前玻璃已经成为最重要的建筑外墙外维护结构，并且随着人们对建筑物装饰性认识的提升，镀膜玻璃在建筑行业的使用量也在不断增大。然而，当今人们在使用玻璃门窗时，除了考虑其美学和外观特征外，更注重其热量控制、制冷成本等因素，即热力学性能。而热力过霍尔效应测量薄膜的电学性能来进行评估。氧化锌等材料作为种子层可以适当地将银层的渗透极限减低，有利于银层光滑地生长，减少缺陷的产生，已经被镀膜玻璃生产企业所认可【2】。氧化锌作为银层的种子层，且当厚度大于4nm时，银膜可连续生长，并且可减少生长中产生的缺陷【3 。银膜前后12 层主体材料均对薄膜的电学性质有影响4。但仅仅对材料进行研究是远远不够的，前作者简介：周枫（19 8 6-），男，硕士研究生，主要研究真空磁控溅射工艺生产及研发大面积镀膜玻璃产品。39全国性建材科技期刊一一玻璃后氧化锌的工艺对薄膜电学性能的影响，对银层的生长是否有帮助是本文重点研究内容。1实验1.1薄膜制备采用磁控溅射的方法在玻璃基底上镀制薄膜，薄膜沉积参数如表1所示，腔室的本底真空度为6 10 Pa，工作气压保持在（2 6）10-l膜层顺序膜厚/nm1SiAl2ZnAl3Ag4NiCr5ZnAl6SiAl1.2性能测试采用林赛斯HCS1型霍尔效应测试仪对薄膜电学性质进行测量，测试温度为2 4 2 6，电流为10mA，磁感应强度为0 0.6 3 T。2结果与讨论迁移率则是表征单位磁场强度下电子平均漂移的速度，也可理解为是用于衡量电荷载体在物质内的移动是否顺畅。载流子浓度直接决定着半导体材料的导电能力，本研究使用这个参数旨在分析银层的导电能力，并观察条件不同是否对银层的导电能力有影响。分别改变前后氧化锌的氧气含量、工艺气压及厚度，对其钢化前后的迁移率、面载流子浓度进行测量。2.1前ZnO氧气含量对膜层电学性能的影响前ZnO氧气含量变化对膜层电学性能的影响见图1、图2。402023年第6 期总第3 8 1期Pa。实验过程中银层厚度固定为10 nm，以避免因银层厚度不同而导致的电学性质的变化。仅改变银层前后氧化锌的氧气含量、工艺气压及厚度，观察膜层的电学性质并以此判断银层质量的好坏。为了降低其他材料对实验结果的影响，将SiAl和NiCr的厚度进行固定，作为保护材料而不作为主体材料分析。因此本次沉积膜层的主体结构为ZnO/Ag/ZnO。表1薄膜沉积参数靶材直流/中频20中频510中频10直流12直流510中频30中频28(s.八)/u)/率262422201816557.4 1016/7.2 10167.0 10166.8 1016,6.6 101655图2面载流子浓度变化工艺气体Ar:N2Ar:02ArArAr:0,Ar:N,一钢化前一一钢化后6065前ZnO氧气含量/%图1迁移率变化一一钢化前一一钢化后6065前ZnO氧气含量/%气体比例1:13:73:71:17075707580808585玻璃深加工由图1、图2 可以看出，钢化前，氧气含量对率和载流子浓度均有所升高，当气压为0.6 3 Pa时迁移率影响不大，当氧气含量大于7 6%时，载流迁移率和载流子浓度均表现优异。子浓度有所提升。钢化后，氧气含量为57%2.3前ZnO厚度对膜层电学性能的影响67%时，薄膜迁移率最高，当氧气含量为7 2%时前ZnO厚度对膜层电学性能的影响如图5、载流子浓度最高，含量大于7 6%，随着氧气含量图6 所示。越高，迁移率和载流子浓度均表现优异2.2前ZnO工艺气压对膜层电学性能的影响前ZnO工艺气压对膜层电学性能的影响见图3、图4。一钢化前一钢化后28(s.八）/uo）/李2624222018160.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80图3 迁移率变化7.2 1016一一钢化前一一钢化后7.0 10166.8 1016,6.6 1016 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80图4面载流子浓度变化由图3、图4可以看出，钢化前，工艺气压对迁移率和载流子浓度影响均不大。钢化后，工艺气压太低对迁移率和载流子浓度均不利，虽然在0.39Pa时薄膜迁移率较高，但此时载流子浓度不高，当气压大于0.5Pa并逐渐增大，薄膜的迁移28(s.)/u0)/率262422201816前ZnO工艺气压/Pa7.2 10167.0 10166.8 10166.6 10166.4 1016图6 面载流子浓度变化由图5、图6 可以看出，钢化前，厚度对迁移前ZnO工艺气压/Pa率影响不大，但随着厚度增大其载流子浓度逐渐增大，当厚度为15nm时为极大值，随后下降。钢化后，随着厚度增加迁移率逐渐下降，载流子浓度则逐渐上升，当厚度为10 nm时迁移率和载流子浓度表现最为优异。2.4后ZnO氧气含量对膜层电学性能的影响后ZnO氧气含量对膜层电学性能的影响如图7、图8 所示。41钢化前一一钢化后510前Zno厚度/nm图5迁移率变化一钢化前一一钢化后510前ZnO厚度/nm15152020全国性建材科技期刊钢化前一一钢化后282624222018557.4 10167.2 10167.0 1016,6.8 1016,6.6 1016,6.4 1016,6.2 101655图：面载流子浓度变化由图7、图8 可以看出，钢化前，氧气含量对迁移率和载流子浓度影响均不大。钢化后，氧气含量为57%6 7%时，薄膜迁移率较高，而此时的载流子浓度并不是最高，氧气含量为7 2%时载流子浓度最高，含量大于7 6%，随着氧气含量越高，迁移率和载流子浓度越表现优异。2.5后ZnO工艺气压对膜层电学性能的影响后ZnO工艺气压对膜层电学性能的影响如图9、图10 所示。一钢化前一一钢化后3230(s.八）/u0）/2826242220-180.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.7542一玻璃2023年第6 期总第3 8 1期一钢化前一一钢化后7.0 10166.8 1016,6.6 10166.4 10166.2 1016607065后ZnO氧气含量/%图7迁移率变化一钢化前一一钢化后6065后ZnO氧气含量/%后ZnO工艺气压/Pa图9迁移率变化807570750.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.7585图10 面载流子浓度变化由图9、图10 可以看出，钢化前，工艺气压对迁移率影响不大，当气压为0.47 Pa时载流子浓度最小。钢化后，工艺气压对迁移率影响不大，当气压为0.47 Pa时载流子浓度最小，后随着气压增大载流子浓度逐渐升高，0.6 1Pa时最为优异。2.6后ZnO厚度对膜层电学性能的影响后Zn0厚度对膜层电学性能的影响如图11、8085后ZnO工艺气压/Pa图12 所示。3028(s.A)/u)/率2624222018167.2 10167.0 10166.8 10166.6 10166.4 10166.2 1016图12面载流子浓度变化一钢化前一一钢化后510后ZnO厚度/nm图11迁移率变化一钢化前一一钢化后510后ZnO厚度/nm15152020玻璃深加工由图11、图12 可以看出，钢化前，厚度对迁3结论移率影响不大，随着厚度增大其载流子浓度逐渐增大。钢化后，厚度对迁移率和载流子浓度影响均不大。通过对图1图12 的数据综合分析来看，钢化后无论是迁移率还是面载流子浓度都优于钢化前，说明钢化可以有效减少银层的生长缺陷，使薄膜的电学性能更优秀。无论是图1图6 的前氧化锌工艺，还是图7 图12 的后氧化锌工艺，从数据上来看其对薄膜的电学性能都有影响。钢化前，前氧化锌的工艺改变对迁移率影响不大，对载流子浓度略有影响，当氧气含量大于7 6%、厚度增大时，载流子浓度均逐渐增大；后氧化锌的工艺改变对迁移率影响不大，对载流子浓度略有影响，当工艺气压在0.47Pa时达到极小值，后氧化锌厚度逐渐增大其载流子浓度也逐渐增大。钢化后，前氧化锌氧气含量大于7 6%、气压为0.6 3 Pa、厚度为10 nm时，迁移率和载流子浓度表现优异；后氧化锌氧气含量大于76%、气压为0.6 1Pa时，迁移率和载流子浓度均表现优异，厚度改变影响不大。通过采用磁控溅射的方法在玻璃基板上镀制以ZnO/Ag/ZnO为主体结构的复合膜，固定银层厚度单独研究前后氧化锌的氧气含量、工艺气压及厚度对膜层电学性质的影响。结果表明，前后氧化锌的工艺对薄膜电学性能均有影响。钢化前后综合来看，当前氧化锌氧气含量大于7 6%，工艺气压在0.6 3 Pa，厚度为10 nm时；当后氧化锌氧气含量大于7 6%，工艺气压为0.6 1Pa，厚度大于5nm时，其膜层的电学性质最为优异。参考文献1】全国建筑用玻璃标准化技术委员会.GB/T18915.22013镀膜玻璃第2 部分：低辐射镀膜玻璃 S.北京：中国标准出版社,2 0 14.2 汉斯琼彻格雷瑟.大面积玻璃镀膜 M.上海：上海交通大学出版社,2 0 0 6.3 周枫.薄膜中ZnO/Ag的相对厚度对电学性能的影响 .玻璃,2 0 2 1（8）:47-50.【4周枫.低辐射薄膜中Ag层前后介质对膜层电学性能的影响.玻璃,2 0 2 3（4）:10-13.43