AZO（Al-doped ZnO）的高可控生長與臭氧應用

原理（簡要）

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

目標/用途

透明導電薄膜（TCO）、觸控/顯示電極、透明場效應晶體管（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 前驅體）氧化的完備性，減少碳殘留。

降低可控氧空位，進而控制載流子濃度與電阻率（可更線性調節電導率）。

有利于低溫下形成更致密、低缺陷的薄膜（在低于常規熱氧化溫度時尤為明顯）。

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.底材準備（超聲洗凈、等離子或UV/ozone處理）。

2.循環：Zn 前驅體脈沖（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 循環中 Al 摻雜脈沖的周期（例如每 N 個 Zn 周期插入 1 個 Al 前驅體）控制摻雜濃度。

示例參數（需設備校準）：

基底溫度：100–200 °C（低溫器件友好）

臭氧源：1-200mg/L O?（參考）

臭氧脈沖時長：0.1–2 s（并配合數秒吹掃）

循環數：按厚度需求

?PLD / CVD / MBE

在氧氣/臭氧環境中（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% 體積分數；在 MBE 中以低分壓（10??–10?? Torr）引入活性氧（以 O? 分解提供氧原子）。

曝露時間：短脈沖（毫秒–秒）用于 ALD；連續低壓環境用于 MBE/PLD。

溫度與流量：隨基底溫度和前驅體化學決定，需實驗優化。

?注意事項與表征

臭氧會損傷某些有機封裝/基材，注意材料相容性與安全。

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

通過改變臭氧強度與脈沖策略可在導電性與透光率之間找到很好平衡。