掺铝氧化锌(AZO)薄膜的应用及研究评述

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(上海理工大学理学院，上海 200093)

1 前 言

目前透明导电薄膜的种类很多，主要有金属膜、氧化物膜、高分子膜以及复合膜等，其中透明导电氧化物薄膜(transparent conducting oxide，简称为TCO薄膜)处于主导地位[1]。透明导电氧化物薄膜是一种重要的半导体材料，在表面声波器件、紫外光探测器、压敏器件和紫外激光器件、太阳能电池、液晶显示器、激光二极管以及气体传感器等[2-3]领域具有广阔的应用前景。铝掺杂氧化锌(AZO)薄膜作为TCO薄膜,因具有导电性能好、可见光区域透射率高、红外区反射率高以及紫外吸收率高、性价比高等优点，已经成为当前透明导电薄膜[4]领域的研究热点之一。而且AZO薄膜还有稳定性好、原料丰富、价格低廉、制备工艺简单等特点，现已被广泛地应用于传感器、太阳能电池电极、液晶显示器、反射热镜及等离子体显示器以及有机无机发光器件等多种光电子器件领域[5]，并已经逐渐成为替代昂贵的ITO薄膜的首选材料。

2 AZO薄膜的表征

AZO薄膜，因其优良的光学性能以及电学性能，而被广泛应用。研究AZO薄膜的性能，一般会从结构、光学性能、电学性能等方面进行检测与表征。

2.1 AZO薄膜结构特性常用的表征方法

在AZO薄膜中由于Al原子和Zn原子大小相近，掺入Al时，大部分Al原子会代替Zn原子，只有很少的一部分Al原子会进入间隙成为间隙原子，因而AZO仍能保持六角纤锌矿结构不变。探究其微观机理，通常会从两个方面进行，一方面是对AZO薄膜结构的测量以及表征，另一方面对其表面形貌的表征。

2.1.1AZO薄膜结构的测量及表征 X射线衍射法[6]是对AZO薄膜结构表征[7]常用的方法之一。通过分析AZO的某些特征峰以及相应的衍射角的变化，进而分析其结构的变化。由大量的试验分析可得，由于AZO与ZnO的结构相似，通常会产生较强ZnO(002)衍射峰，这表明AZO薄膜有明显垂直于衬底的c轴优先生长取向。而对于不同条件下获得的薄膜，其结构会有一些不同，得到的XRD峰及衍射角有一些不同，通过分析这些不同点就能找到变化的规律，从而达到优化的目的。

除了X射线衍射法外还使用能谱仪(EDS)对材料微区成分元素种类与含量进行分析，此外，使用X射线光电子谱(XPS)甚至还可以测量出表面、微小区域和薄膜不同厚度处原子、离子的分布信息。

2.1.2AZO薄膜表面形貌的测量及表征 对AZO薄膜的表面形貌[8]的表征主要使用的是扫描电子显微镜[9](SEM)及原子力显微镜(AFM)。通过AZO薄膜的SEM图像，可直观地得到AZO的颗粒大小，形状、表面的均匀度以及相应的晶界情况。而AFM图像除了用来分析表面的均匀性，还能够说明其整体的粗糙度，分析其光学透过率以及光散射性能。表面粗糙度是指薄膜表面具有的较小间距和微小峰谷的不平整度，是用来表征整体平整性的重要参数，实验分析时也常用均方根粗糙度来代替粗糙度，直观地表达薄膜表面的平整度。除使用SEM 和AFM之外，使用透射电子显微镜(TEM)来观察薄膜的亚显微结构或超微结构也是常用的检测方法。

2.2 AZO薄膜的光学性能表征

AZO薄膜光学性能的优劣主要体现在光学透过率，光学禁带宽度，光学吸收率，光学反射率，消光系数等方面。

光谱仪是表征光学性能常用的仪器之一，用来测量透过率光谱。AZO薄膜透过率与吸收系数的关系为I=I0e-αt，其中I为透过光的光强，I0为初始光强，t为薄膜厚度(可以测量出来)。根据透过率光谱，可以计算出AZO薄膜吸收系数α。又因为AZO是直接带隙，根据跃迁选择定则，能量守恒条件以及能带结构等，可得吸收系数与能量关系服从1/2次方率[10]，即：

其中：

故可以作[α(E)]2-hv图，得到线性吸收边。将吸收边的线性关系延伸到与能量轴相交，即α(E)=0处，可以求出AZO薄膜的禁带宽度Eg。Asim Jilani等[11]人根据上述及试验结果计算出相应的禁带宽度为3.262eV。

为了表征AZO薄膜对光的透过能力以及散射能力，还分别引入了透过率以及雾度值这两个参数。在太阳能电池中，透过率越高，光越容易进入吸收层，吸收层接收到的光子数也越多。而AZO薄膜的雾度值代表其散射能力的强弱，在太阳能电池中，雾度值越大，散射越强，吸收层吸收越充分，太阳能电池的效率也越高。一般来讲影响光透过率的因素有如下几个。从结构上说，AZO薄膜的颗粒大小，薄膜的连续性，表面晶界的性质，以及晶体的缺陷等对光波具有反射或散射作用，因而会影响透过率的大小；从内部机理来说，AZO薄膜存在多种散射中心以及吸收中心(因为缺陷[12]和杂质可能会在禁带中产生缺陷能级及(或者)杂质能级)，当光通过时，这些缺陷或杂质能级会吸收光子能量发生电离或离化跃迁，从而直接影响透过率。目前经过各种工艺优化处理过的AZO薄膜在可见光范围内的透过率已超过85%。

2.3 AZO薄膜电学性能表征[13]

电阻率常用电阻率测试仪进行测量，代表了AZO薄膜的导电性能好坏，电阻率越大，薄膜的导电性能越差，在满足较高透过率的前提下其导电性能越高越好。载流子的迁移率常用霍尔效应检测仪进行测量，它代表了在单位电场作用下载流子漂移的速率。载流子迁移率越大，导电能力就越强。载流子浓度与载流子迁移率是影响材料导电性能的两个重要因素，因为浓度代表载流子的数量，而迁移率代表的是载流子迁移速率。除此之外，为了表征薄膜导电性能还引入了方块电阻的概念。方块电阻常用四探针仪进行测量，即指一个正方形的AZO导电薄膜两个对边间的电阻，它的大小与电阻率存在关系Rs=ρ/t(其中ρ为块材的电阻率，t为块材厚度)，但与样品尺寸无关，仅与导电膜的材料种类及厚度等因素有关。它不仅表征了膜层的致密性，同时表征对热红外光谱的透过能力，方块电阻测量数值愈大，则隔离热红外性能越差，方块电阻测量数值愈小则隔离热红外性能越好。

2.4 AZO薄膜的综合性能表征

导电性能只是AZO薄膜性能的一个方面，当导电性能存在最优值时，光学性能不一定是最优值，两者存在一个最优化的关系。为了表征透明导电薄膜的综合性能，引入了品质因数(Φ)的概念：Φ=T10/Rs，其中T为透过率，Rs为方块电阻。品质因数越大，代表透明性和导电性能的综合性能越好。

3 AZO薄膜设计的理论基础

3.1 单层AZO薄膜的结构和光电理论基础

3.1.1单层AZO薄膜的结构及其光学理论基础 光学薄膜在实际应用过程中要求具有较高的透过率，一般单层AZO透明导电薄膜以玻璃为衬底，其结构如图1所示。

图1 单层AZO薄膜结构及其光路示意图Fig.1 Structure of single AZO layer and optical paths diagram

为了保证光学透过率，通常设计成宽波增透膜(ARC)来减少反射率，如图1所示，当光线穿过AZO膜时，在其为入射光波的二分之一波长的奇数倍时产生干涉相消作用，透过率得以提高。根据菲涅尔公式可知，单层AZO薄膜的反射率[14]为：

T=1-R-A

式中，θ1为入射角，d1为薄膜厚度，A为吸收率。

AZO薄膜的反射率和透射率与薄膜的折射率及薄膜厚度有很大的关系。由于AZO薄膜作为透明导电薄膜，必须要有较好的透过率，因此需要控制外部条件，得到适当厚度和折射率，以便改善薄膜的光学性能。

3.1.2单层AZO薄膜电学理论基础 AZO薄膜导电原理如图2所示。当Al进入ZnO中时，由于Al原子和Zn原子大小相近，故大部分Al原子会去替代Zn原子，Al的最外层有三个电子，其中两个电子会与O成键，而剩余的一个电子的能级位于靠近导带底附近的禁带中，容易脱离原子核的束缚成为自由移动的载流子。在外加电场作用下，载流子会定向移动，从而产生电流。

图2 单层AZO薄膜能级结构Fig.2 Energy level structure of single AZO layer

实际应用时AZO薄膜要有良好的导电能力，需要考虑AZO薄膜的电阻Rd。根据电阻的决定式：Rd=ρ·l/s，其中ρ为电阻率，l为长度，s为横截面积。由于固定衬底不变，当薄膜均匀时，Rd的大小主要与电阻率以及薄膜的厚度有关。随着电阻率的增加，薄膜电阻增加，而厚度增加，电阻会减小。因此要获得高导电能力的AZO薄膜，需要控制外界条件，使之有适当的厚度以及电阻率。但由于条件的不同会使薄膜的均匀性有所不同，薄膜的实际电阻与理论值会有所偏差。

3.2 多层AZO薄膜的结构和光电理论基础

3.2.1多层AZO薄膜的结构及其光学理论基础 以对称型结构为例的AZO薄膜，如图3所示，一般设计为上下两层为AZO薄膜，中间层为金属层。

图3 多层AZO薄膜结构Fig.3 Structure of AZO multilayer

与单层AZO薄膜相似，如果要保证薄膜足够的透过率，也需要设计成高透膜。根据光学矩阵方法[15]可知，光垂直入射的情况下，多层膜的光学导纳表示衬底与膜层组合的特征矩阵：

其中ns为膜系中最内层的折射率，nr为膜系中最外层的折射率。多层膜和基片的组合导纳为Y=C/B，最终透射率T和反射率R分别是：

透射率T和反射率R是反映薄膜光学特性的两个重要参数。金属中的自由电子可吸收光能，使得光振幅急速衰减，导致光进入金属介质后反射光、折射光的相位都发生变化，使得实际结果与理论值有一定的差距。

3.2.2多层AZO薄膜的电学理论基础 图4为对称结构的AZO薄膜的能级结构图。单层AZO薄膜的多数载流子是铝原子替代锌原子后最外层提供的电子，由于Al原子的含量一定，提供的电子也有一定的限制。而对于多层AZO薄膜，中间金属层的加入，有助于电子向导带注入，使载流子浓度增加，达到提高导电能力的目的。

同样多层薄膜也需要考虑其导电性能。多层膜总电阻可以看成是三个独立的电阻并联[16]的结果，即：

根据电阻的定义：Rd=ρ·l/s，可以得出三层结构的AZO薄膜的电阻为：

对于对称结构的薄膜有：

多层薄膜的电阻不仅与AZO薄膜的厚度及电阻率有关，还与金属层的电阻率及其厚度有关。除此之外，由于金属层的电阻率相对较小，使得金属层很大程度上影响了薄膜的电学性质。

图4 多层AZO薄膜的能级结构Fig.4 Energy level structure of AZO multilayer

4 影响AZO透明导电薄膜性能的因素

对AZO透明导电薄膜性能影响因素的研究有很多，大致可分为两个方面，一方面是对单层AZO薄膜的研究，另一方面是对双层以及多层复合薄膜结构的研究。大部分是以实验条件及复合膜各膜层对材料性能的影响规律为重点展开研究，以便获得综合性能更好的AZO基透明导电薄膜材料。

4.1 单层AZO薄膜性能的影响因素以及研究现状

通过控制变量法寻找最佳的制备条件，是研究单层AZO薄膜的主要方法。影响AZO薄膜性能的因素有很多，如：衬底温度、靶基距、退火气氛、溅射功率等。

4.1.1衬底温度对单层AZO薄膜的影响 以磁控溅射法[17]制备AZO薄膜为例，衬底温度是影响其性能的重要因素。Y.Chen等[23]在不同的温度下制备AZO薄膜，发现随着衬底温度升高，晶粒尺寸变得更大，晶粒尺寸分布变得更均匀，禁带宽度增加，而平均透过率达到90%以上。其他人的研究也得到了相应的结论。结果见表1所示。

通过分析可知，随衬底温度的升高，吸附原子的扩散能增加，促使较小的晶粒合并成较大的晶粒，平均晶粒尺寸增大，压应力逐渐减小，进而减少了晶粒和晶界的缺陷，提高薄膜的结晶度[21]。同时衬底温度升高，衬底原子所具有的能量增加，溅射原子从衬底原子中获得更多的能量，使溅射原子迁移速率增加，这有利于沿c轴方向垂直基片的晶粒生长，结晶度增加。而结晶度的增加，使晶格散射减少，平均自由程增加，迁移率增加，透过率增加，电阻率下降。

但是，衬底温度过高又会带来不良的影响。一方面过高的衬底温度会使AZO薄膜发生分解，薄膜结晶状态急剧劣化，缺陷增加，晶界势垒增加，载流子浓度减少，电阻率增加。另一方面衬底温度过高会引起AZO薄膜表面的漫散射增强，以及自由电子气对光子的吸收增强，使透过率急剧下降。

4.1.2衬底材料以及缓冲层对单层AZO薄膜的影响 衬底材料以及缓冲层的使用也对AZO薄膜的性能有很大的影响，原因主要有三个：

(1)衬底材料和AZO薄膜的晶格常数不同，导致晶格失配，残余应力过大，使AZO薄膜出现起皮，裂纹。

(2)衬底与AZO薄膜的热膨胀系数不同，会使AZO薄膜受温度的影响较大，限制其使用范围并影响其寿命。

(3)同种材料衬底结构的不同，可能会导致衬底对薄膜的应力，衬底对氧的吸附能力以及AZO薄膜生长所需的自由能有所不同，使制备出的薄膜性能出现较大的差异。

针对这些问题，研究人员提出了三种解决方案：

(1)找出性能最优的衬底材料更换之[22]。当两种衬底材料的透过率以及电阻率相近时，晶格匹配度越高，热膨胀系数越相近，生长的薄膜会越均匀，其光学和电学性能也会更好。

表1 衬底温度对AZO薄膜性能的影响 Table 1 Effect of temperature on AZO thin films properties

(2)增加缓冲层。引入缓冲层可以改善AZO薄膜与衬底之间的晶格失配，使晶界减少，薄膜的缺陷减少，对光的散射和吸收减少，光的透射率增加。Y. Chen等[23]利用射频磁控溅射的方法分别在ZnO缓冲层及Si衬底上生长AZO薄膜，通过SEM图像分析可知，加入缓冲层后的AZO薄膜表面比较粗糙，而且具有较好的c轴优先生长取向。因为ZnO缓冲层释放了残余应力，AZO结晶质量也得到了提高，其晶粒尺寸(18.4nm)也大于无缓冲层的AZO的晶粒。其他研究者也对此问题做了研究，结果如表2所示。

表2 不同缓冲层上溅射的AZO薄膜性能

(3)改变原有的衬底结构，如对衬底做多孔处理。M. Naddaf等[24]分别在GaAs以及处理过的多孔GaAs上制备AZO薄膜，发现使用多孔GaAs为衬底的AZO薄膜，As向薄膜中的扩散能力增强，并观察到Zn3As2衍射峰，同时位错密度增加。与GaAs相比，使用多孔GaAs结构的衬底，对发光性能影响较大。

4.1.3Al掺杂浓度对AZO薄膜的影响 根据Burstein-Moss禁带效应：

其中me是电子有效质量，e是电子电荷，n为载流子浓度。禁带宽度与载流子的浓度有关，随着Al浓度的增加，禁带宽度增加，紫外吸收波长蓝移，同时电子浓度增加，电子迁移率增加。但浓度过高，过量的Al原子被离析到晶粒外，边界缺陷增多，引入缺陷能级增高，从而导致禁带宽度变窄，吸收峰会发生红移，并且易形成Al2O3团簇，导致载流子浓度减少，迁移率减小。

因此，选择合适的Al浓度对制备高质量的AZO薄膜来说非常重要。Jeong等[26]实验发现AZO薄膜的禁带宽度先增加后减小，当Al含量为4wt.%时，禁带宽度最大。王志勇等[27]采用聚丙烯酰胺凝胶法制备Al掺杂ZnO(AZO)前驱体，发现当Al掺杂浓度为5.5%(摩尔分数)时，紫外吸收波长最短，达367nm(3.38eV)，禁带宽度的变化与Jeong等的结果是一致的。对于Al浓度的影响，其他人也对其进行了研究，结果如表3所示。

4.1.4退火对AZO薄膜的影响 后续处理操作对AZO薄膜的性能也有很大的影响。常用的方法是进行退火处理，其影响主要表现在：

(1)适当的退火有助于释放AZO薄膜中的残余应力，使薄膜在衬底上有良好的附着力，改善AZO薄膜的结构。

(2)适当的退火有助于Al的扩散，使载流子的浓度增加，提高其导电能力。同时载流子浓度增加还会使费米能级进入导带，禁带宽度会发生改变，吸收边蓝移，影响其光学性能。

(3)但过度的退火会使AZO薄膜表面发生降解，破坏它的表面结构，使性能变差。

因此，主要从以下几个方面控制退火工艺：

①退火温度。P. Prepelita等[29]制备了不同厚度(30nm/50nm/400nm)的AZO薄膜，然后在700℃的条件下退火90分钟。通过XRD分析发现，退火后的所有样品都有多晶结构，并且结晶度以及薄膜晶粒尺寸随膜厚度而增长。随厚度从30nm增长到400nm，光学禁带从 3.36eV增加到3.45eV。很明显，薄膜本身的厚度不同，退火对它的影响也会不同。除此之外，叶芸等[30]也对温度因素做了研究，结果发现随着退火温度的升高，AZO薄膜的表面粗糙度增大，AZO薄膜的结晶度变好。

表3 掺Al浓度对AZO薄膜性能的影响

②退火时间。Boubakeur Ayachi等[31]在保证其他条件不变的情况下，通过改变退火时间(分别为30s，1min，2min，3min)，研究AZO薄膜性能的变化。结果显示：在400℃的 N2-H2氛围中退火30s可获得高质量的AZO薄膜。退火30s的样品，电阻率从1.7×10-3Ωcm降低到5.1×10-4Ωcm，光学透过率从73%增加到86%，其空间电阻率分布都比较均匀。但是退火1min后，AZO薄膜表面发生降解，电阻率又会增加。

③退火的气体氛围。孙超群，屈少华等[32]研究了不同退火气氛对薄膜电学性能的影响。用氧化性气氛(空气)退火时薄膜的方阻大于1OΩ/sq，超过四探针测试仪的量程。而用还原性气氛(真空氛围)由于薄膜内部施主缺陷氧空位(Vo)和间隙锌(Zni)浓度的增加，退火处理过的AZO薄膜的导电性能有很大的提高。

4.1.5其他因素对AZO薄膜光电性能的影响 还有其他影响因素，如靶基距[33]、靶材的侵蚀程度[34]、溅射功率[35]、气体氛围[36]、工作压强[37]、Ar气以及频率[38]、AZO薄膜颗粒形态[39]等。表4列举了一些文献中对这些因素的研究情况。

表4 其它若干因素对AZO薄膜性能的影响

4.2 多层复合AZO薄膜性能的影响因素

除了设法提高AZO薄膜的导电性能、可见光透过性能外，在太阳能电池的应用中还需要考虑其红外吸收的能力等，因而采用多层复合结构的AZO薄膜[40]，如：

(1)与金属层复合。金属层可以提供自由电子，提高载流子的浓度，从而提高AZO薄膜的导电性。

(2)与其它透明导电薄膜复合。两种薄膜之间的晶界效应，表面状态，载流子浓度，晶格匹配，以及热匹配等都会影响AZO薄膜的性能。

对AZO薄膜多层结构尤其是三层结构的研究为提高其性能提供更广大的研究空间，也是现今AZO薄膜的重点研究方向之一。根据结构的对称性，大致可分为两类，一类是对称结构，另一类是非对称结构。下面对这两种结构性能的影响因素分别进行表述。

4.2.1对称结构的多层AZO薄膜 对于对称结构的多层AZO薄膜，影响其性能的因素主要有AZO薄膜的厚度和中间金属层的厚度。

4.2.1.1 中间金属层对AZO薄膜的影响 中间层一般选择Au，Ag，Al，Mo等导电能力较好的金属，因为这有助于提高薄膜的导电性能。金属层的厚度对性能的影响主要表现在：

①适当的金属层可以为AZO薄膜提供更多的载流子，降低电阻率，对薄膜的透过率的影响不大。

②由于金属的透过率较差，当金属层太厚时，会严重影响透过率。

Chien Hsun Chu等[41]制备了AZO/Au/AZO薄膜，结果显示： Au层不会改变AZO薄膜的六角纤锌矿结构，随着Au层的厚度增加，Au层由不连续变得连续，结晶质量变好，载流子浓度从9.735×1021cm-3增加到4.563×1022cm-3，电阻率从2.85×10-4Ωcm降低到1.01×10-5Ωcm。但是由于Au的透过率比较小，随着Au薄膜厚度的增加，透过率先增加后减小，最高透过率达到86.18%。当Au层厚度为8nm时，品质因素最大为9.69×10-3Ω-1，电阻率为9.73×10-5Ωcm，载流子浓度为2.385×1022cm-3。M. Melvin David Kumar等[42]制备了AZO/Ni/AZO三层结构，发现随着Ni层厚度的增加，其品质因数从0.375×10-4Ω-1增加到1.85×10-4Ω-1，综合性能得到了优化，与Chien Hsun Chu得到的结论一致。

4.2.1.2 AZO层厚度对多层结构的影响 除了金属层的影响外，AZO薄膜的厚度[43]也对其有较大的影响。M. Melvin David Kumar等[44]制备了AZO/Ni/AZO三层结构，发现随着AZO层厚度的增加，其品质因数下降，电阻率上升，迁移率下降。Tien-Chai Lin等[45]制备了AZO/Cr∶Cu/AZO三层结构的薄膜，控制中间层不变，得出随着AZO薄膜厚度的增加，吸收边发生红移，透过率先增加后降低的结果。并且当AZO薄膜厚度为116nm时，透过率最大，达到85%，其方块电阻逐渐降低，品质因数先增加后减小；当厚度为116nm时，综合性能最好，达到3.53×10-3Ω-1。

其主要原因为：①AZO薄膜厚度太小时，AZO晶粒分布呈岛状分布，不连续，结晶质量较差，金属层受到AZO薄膜的影响较严重，会使电阻率变高，迁移率下降，对光的散射能力较强。②随着AZO薄膜的增长，晶粒逐渐变得连续，薄膜的均匀性变好，金属层能够有效地附着在AZO薄膜上，电阻率有所下降，对光的散射降低，透过率有所提高。③AZO薄膜的厚度过大时，会使光的透过率下降，电阻率有所提高。

4.2.2非对称结构的AZO多层薄膜 将FTO以及ITO等具有优良性能的透明导电薄膜，与AZO薄膜复合得到非对称结构的AZO多层复合薄膜，由于晶界效应以及其他薄膜固有的特点，可以更有效地提高AZO薄膜的性能。Naifei Ren等[46]制备了AZO/Ag/FTO三层结构的薄膜，结果显示，随着AZO层厚度的增加，禁带宽度增大，但平均透过率先增加后减小，方块电阻逐渐减小，品质因数先增加后减小，此时方块电阻达4.2Ω/sq。M. Melvin David Kumar等[44]分别制备了三层结构的ITO/Ni/AZO以及两层结构ITO/AZO薄膜，发现Ni层对光电性能也有较大的影响，加入Ni层后薄膜的电阻率从97.9×10-4Ωcm减小到5.51×10-4Ωcm，方块电阻从1025Ω/sq降低到58.5Ω/sq，品质因数从9.2×10-5Ω-1升高到5.6×10-4Ω-1，并且提高了器件的光响应能力。

5 AZO薄膜的应用

5.1 AZO薄膜在太阳能电池中的应用

AZO薄膜因具有较高的透过率，较低的电阻率，较好的光俘获能力而使它在太阳能电池的应用上存在较大的优势[47-48]，但是如何优化结构以提高太阳能电池的性能还存在许多问题。Guo-Sheng Lin等[49]人研究了不同刻蚀剂刻蚀制备的AZO薄膜，HNO3刻蚀的AZO薄膜的太阳能电池的短路电流比自然生长的AZO薄膜增大16.2%,转换效率更是达到20.2%。除了制备绒面的AZO薄膜之外，多层复合结构的AZO薄膜由于其较高的光子复合能力等，在提高太阳电池的效率方面也展现出了广阔的应用前景。

5.2 AZO薄膜在智能窗户中的应用

除了在太阳能电池以及平板显示器中应用外，AZO薄膜还在智能窗户中得到应用。AZO薄膜与其他薄膜的复合结构，可以有效地解决智能窗户材料存在辐射较高，透过率较低等问题。例如Xinhong Chu等[50]制备出了VO2/AZO复合结构，有效地解决了VO2薄膜缺少保温功能，相变温度太高等问题，并使相转变质量明显提高，同时辐射率达0.66，低于VO2薄膜0.9的辐射率。将智能窗户材料与AZO薄膜复合，提高其本身的性能，是AZO薄膜研究的方向之一。

5.3 AZO薄膜在隔热材料中的应用

高近红外反射率的AZO薄膜能应用于材料外表面，可以反射近红外光，使之隔离部分辐射能量以及降低材料内表面温度，能够解决物体表面过热以及装备容易被红外探测装备检测等问题。因此制备高红外反射性能的AZO薄膜具有较大的意义。苏达根等[51]用溶胶凝胶法制备了AZO薄膜，所得薄膜样品的近红外平均反射率达到35.73%，最高反射率达到46.99%，在2000nm附近最高红外反射率达到40.38%。Dagang Miao等[52]也得到了红外反射率高达18%的AZO薄膜，高于未镀之前的性能。通过其结果可见，AZO薄膜的高的红外反射率使之具有更广阔的应用前景。而研究影响其红外反射性能的因素，进一步提高其红外反射性能，也是一个重要的研究的方向。

5.4 AZO薄膜的其他应用

除了这些方面，AZO薄膜优良的性价比，还使之在光致发光、场发射、平板显示器件中成为备选材料，同时也使AZO薄膜有更多的实际应用方向以及更广阔的应用前景。

6 结 论

近年来AZO薄膜已经得到快速发展，尤其在单层AZO薄膜的研究上更是达到了一个新的水平。而且从研究单层AZO薄膜结构上升到双层甚至多层的结构，更是显著提高其光电性能。除此之外， AZO 薄膜较高的性价比，成熟的制备技术，使其得到越来越多的人青睐。

虽然对AZO薄膜可见光的高透过率以及低的电阻率的性能及其影响因素的研究比较多，但对AZO薄膜的其他性能，如红外及紫外性能影响因素以及内部机制，热稳定性等方面的研究还相对较少，这些方面也限制了AZO薄膜的使用。AZO薄膜还具有自身的发光性能，由于内部结构及缺陷使其具有发光带，这也为其在无机发光器件中的应用提供了可能。如何获得控制条件，优化结构，以获得更好的发光性能，这方面的研究还比较少，都是有前景的研究方向。AZO薄膜从问世以来，一直在不断地发展进步，相信在广大科技工作者的努力下，该领域会实现更大的突破。

[ 1] Jian Chen, Yihua Sun, Xin Lv, et al. Preparation and Characterization of High-Transmittance AZO Films using RF Magnetron Sputtering at Room Temperature[J]. Applied Surface Science, 2014, 317: 1000～1003.

[ 2] 张哲浩, 吕建国, 江庆军,等. 薄膜厚度和溅射功率对有机衬底上ZnO∶Ga薄膜应力的影响[J]. 材料科学与工程学报, 2016, 34(3): 348～352.

[ 3] 孙洪涛,王小平,王丽军,等.退火温度对ZnO/MO/ZnO透明导电薄膜结构及光电性能的影响[J]. 材料科学与工程学报, 2015, 33(3): 352～356.

[ 4] 唐立丹, 梅海林, 冯嘉恒, 王冰. 原子层沉积低温制备AZO薄膜[J]. 功能材料, 2015, (18): 18100～18104.

[ 5] 钟志有, 张腾, 汪浩. 应用于太阳能电池的AZO透明导电薄膜光学性质研究[J].中南民族大学学报:自然科学版, 2012, 31(3): 66～71.

[ 6] Monemdjou A, Ghodsi F E, Mazloom J. The Effects of Surface Morphology on Optical and Electrical Properties of Nanostructured AZO Thin Films: Fractal and Phase Imaging Analysis[J]. Superlattices & Microstructures, 2014, 74(74): 19～33.

[ 7] 曲典, 姚兰芳, 朱永安,岳春晓.纳米多孔SiO2-TiO2复合薄膜的制备及研究[J].上海理工大学学报, 2006, 28(2): 111～114.

[ 8] 邵世强, 李晓东. 磁控溅射AZO工艺中沉积温度的研究[J]. 玻璃, 2015, 42(11): 32～35.

[ 9] Efafi B, Ghamsari M S, Ara M H M. Sol-Gel Derived AZO Thin Film with Unusual Narrow Dual Emission[J]. Journal of Luminescence, 2014, 154(19): 32～35.

[10] 方容川.固体光谱学[M].中国科技大学出版社，2003:58～61.

[11] Jilani, A., Abdel-Wahab, M. S., et al. Nonlinear Optical Parameters of Nanocrystalline AZO Thin Film Measured at Different Substrate Temperatures[J]. Physica B Condensed Matter, 2015, 481: 97～103.

[12] 韩光强, 王树林, 等. 氧化锌纳米材料的机械法制备及其光学性能研究[J]. 上海理工大学学报, 2008, 30(6):573～577.

[13] Al-Ghamdi, A. A., Alhumminay, H., et al. Structure, Optical Constants and Non-linear Properties of High Quality AZO Nano-scale Thin Films[J]. Optik - international Journal for Light And Electron Optics, 2016, 127(10):4324～4328.

[14] 卢进军,刘卫国,潘永强.光学薄膜技术[M].第二版.北京:电子工业出版社, 2011,5～7.

[15] 唐晋发,顾培夫,刘旭,李海峰. 现代光学薄膜技术[M].浙江:浙江大学出版社,2006, 12～15,61～62.

[16] Indluru,T.L.Alford.Effect of Ag Thickness on Electrical Transport and Optical Properties of Indium Tin Oxide-Ag-indium Tin Oxide Multilayers [J].Journal of Applied Physics, 2009, 105(12): 123528～123528～9.

[17] G-Berasategui E, Zubizarreta C, et al. Study of the Optical, Electrical and Corrosion Resistance Properties of AZO Layers Deposited By DC Pulsed Magnetron Sputtering[J]. Surface & Coatings Technology, 2014, 271:141～147.

[18] 邵世强, 李晓东.磁控溅射AZO工艺中沉积温度的研究[J]. 玻璃, 2015, 42(11):32～35.

[19] 赵斌, 唐立丹, 梅海林, 王冰. 磁控溅射AZO透明导电薄膜及其光电性能的研究[J]. 电子元件与材料, 2015(8):38～41.

[20] 秦秀娟, 邵光杰, 赵琳. 温度对AACVD法制备AZO透明导电薄膜的影响[J]. 无机化学学报, 2013, 29(4):723～728.

[21] Chen Y, Ma S Y. Preparation and Photoluminescence Studies of High-quality AZO Thin Films Grown on Zno Buffered Si Substrate[J]. Materials Letters, 2016, 162:75～78.

[22] 李长山, 赵鹤平, 肖立娟, 郝嘉伟. 缓冲层对AZO薄膜的性能影响[J]. 吉首大学学报:自然科学版, 2013, 34(3):31～34.

[23] Eshaghi A, Hajkarimi M. Optical and Electrical Properties of Aluminum Zinc Oxide (AZO) Nanostructured Thin Film Deposited on Polycarbonate Substrate[J]. Optik - International Journal for Light And Electron Optics, 2014, 125(19):5746～5749.

[24] Naddaf M, Saad M. Comparative Study of Structural and Visible Luminescence Properties of AZO Thin Film Deposited on Gaas and Porous Gaas Substrates[J]. Vacuum, 2015, 122:36～42.

[25] 田力, 陈姗, 蒋马蹄, 等. Zno和Al2O3缓冲层对AZO透明导电膜薄膜性能的影响[J]. 压电与声光, 2012, 34(4):605～608.

[26] SH Jeong, S Kho, D Jung, SB Lee, JH Boo. Deposition of Aluminum-doped Zinc Oxide Films By RF Magnetron Sputtering and Study of their Surface Characteristics[J]. Surface & Coatings Technology, 2003, 174(175):187～192.

[27] 王志勇, 彭超群, 等. 聚丙烯酰胺凝胶法制备氧化锌铝(AZO)粉体[J]. 中国有色金属学报, 2013, (2): 480～486.

[28] 王玉新,阎坤,等. 超声喷雾热解法制备AZO薄膜及其光致发光性能研究[J]. 辽宁师范大学学报:自然科学版, 2015(1):36～40.

[29] P Prepelita, V Craciun, F Garoi, A Staicu. Effect of Annealing Treatment on the Structural and Optical Properties of AZO Samples[J]. Applied Surface Science, 2015, 352:23～27.

[30] 叶芸, 蔡寿金, 颜敏, 等. 退火温度对AZO薄膜场发射性能的影响[J]. 光电子:激光, 2014, (1):101～106.

[31] B Ayachi, T Aviles, JP Vilcot, C Sion. Rapid Thermal Annealing Effect on The Spatial Resistivity Distribution of AZO Thin Films Deposited by Pulsed-direct-current Sputtering for Solar Cells Applications[J]. Applied Surface Science, 2016, 366:53～58.

[32] 孙超群, 屈少华, 王今朝, 章天金. 退火气氛对AZO薄膜电学性能的影响[J]. 中国材料科技与设备, 2013, (6):49～52.

[33] 齐东丽, 马学军. 靶基距对磁控溅射AZO薄膜性能的影响[J]. 电子元件与材料, 2014, 33(5):17～20.

[34] Cristina Zubizarreta, Eva G-Berasategui, et al. The Influence of Target Erosion Grade in the Optoelectronic Properties of AZO Coatings Growth by Magnetron Sputtering[J]. Applied Surface Science, 2016,380:218～222.

[35] 于军, 王航, 等. 衬底温度和溅射功率对AZO薄膜性能的影响[J]. 华中科技大学学报:自然科学版, 2012, 40(5):93～96.

[36] 李小鹏, 黄瀛, 等. 氧气分压对AZO薄膜晶体结构和光学性能的影响[J]. 广西大学学报:自然科学版, 2014(3):559～562.

[37] 范丽琴, 赖发春. 氧气流量对磁控溅射制备AZO薄膜特性的影响[J]. 大观周刊, 2012, (21):67～69.

[38] 吴明智, 金成刚, 王飞, 黄天源 吴雪梅 诸葛兰剑. CCP/ICP混合放电C4F8/Ar等离子体高、低频功率对AZO薄膜绒面效果的影响[J]. 功能材料, 2013, 44(5):744～747.

[39] Yildiz A, Cansizoglu H, Karabacak T. Electrical Transport in AZO Nanorods[J]. Applied Surface Science, 2015, 352:2～4.

[40] Qian Huang, Dekun Zhang, Bofei Liu, et al. HAZO/AZO Structure with Improved Full Spectrum Performance For High-efficiency Thin-film Solar Cells[J]. Solar Energy Materials & Solar Cells, 2015, 136:11～16.

[41] Chu C H, Wu H W, Huang J L. AZO/Au/AZO Tri-layer Thin Films for the Very Low Resistivity Transparent Electrode Applications[J]. Materials Science & Engineering B, 2014, 186:117～121.

[42] Kumar M M D, Baek S M, Kim J. The Influence of Ni Layer and Thickness of AZO Layers on The Optoelectronic Properties of AZO/Ni/AZO Tri-layer Deposited at Room Temperature[J]. Materials Letters, 2014, 137(137):132～135.

[43] 叶春丽, 王钰萍, 吕建国. 透明导电AZO/Cu双层薄膜制备及其性能[J]. 材料科学与工程学报, 2011, 29(5):757～760.

[44] MMD Kumar,H Kim,CP Yun,J Kim. Enhanced Optical and Electrical Properties of Ni Inserted ITO/Ni/AZO Tri-layer Structure for Photoelectric Applications[J]. Materials Science & Engineering B, 2015, 195(5A):84～89.

[45] Lin T C, Huang W C, Tsai F C. The Structural and Electro-optical Characteristics of AZO/Cr:Cu/AZO Transparent Conductive Film[J]. Thin Solid Films, 2015, 589:446～450.

[46] NF Ren,LJ Huang,M Zhou,BJ Li.Introduction of Ag Nanoparticles And AZO Layer To Prepare AZO/Ag/FTO Trilayer Films With High Overall Photoelectric Properties[J]. Ceramics International, 2014, 40(6):8693～8699.

[47] Xu S, Liang Z, Shen H. The Preparation of AZO/A-Si/C-Si Heterojunction Structure on P-Type Silicon Substrate for Solar Cell Application[J]. Materials Letters, 2014, 137:428～431.

[48] 闫礼, 徐睿, 王赫, 张超,乔在祥. 用于CIGS太阳电池的AZO特性研究[J]. 电源技术, 2015, 39(9):1905～1908.

[49] GS Lin,CY Li,KC Huang,MP Houng. Using Chemical Wet- Etching Methods of Textured AZO Films on A-Si:H Solar Cells for Efficient Light Trapping[J]. Materials Chemistry & Physics, 2015, 160:264～270.

[50] Xinhong Chu, Haizheng Tao, Yuankai Liu, et al. VO2/AZO Double-layer Films with Thermochromism and Low-Emissivity for Smart Window Applications[J]. Journal of Non-crystalline Solids, 2014, 383(1): 121～125.

[51] 苏达根, 罗为, 钟明峰. 溶胶-凝胶法制备掺铝氧化锌薄膜及其近红外反射性能研究[J]. 电镀与涂饰, 2011, 30(3):71～74.

[52] D Miao,A Li,S Jiang,S Shang. Fabrication of Ag and AZO/Ag/AZO Ceramic Films on Cotton Fabrics for Solar Control[J]. Ceramics International, 2015, 41(5):6312～6317.