射頻磁控濺射法制備IMO薄膜的結(jié)構及性能研究.pdf

1、透明導電氧化物(TCO)薄膜材料具有禁帶寬、可見光譜區(qū)光透射率高和電阻率低等共同的光電特性，廣泛地應用于平面顯示器件、太陽能電池、反射熱鏡、氣體敏感器件、特殊功能窗口涂層及其他光電子、微電子、真空電子器件等領域。目前透明導電氧化物薄膜主要包括In2O3、SnO2、ZnO、CdO及其摻雜體系。前人的實驗發(fā)現(xiàn)，在In2O3薄膜中摻入Mo后，薄膜的電阻率會急劇下降。由于摻雜的Mo以Mo6+離子代替In2O3中In3+離子，Mo6+和In3+離

2、子的價態(tài)差為3，使得薄膜在少量的摻雜條件下就可以獲得較多的自由載流子，從而具有高的載流子遷移率和低的光學吸收；IMO薄膜因此很快成為新型TCO薄膜中的研究熱點。
　　 本文采用射頻磁控濺射技術制備高價態(tài)差Mo-In2O3透明導電薄膜。研究了鋁摻雜量和基片溫度等參數(shù)對IMO薄膜結(jié)構和光電性能的影響。利用XRD、SEM等分析手段對薄膜進行表征與分析；制備了結(jié)晶性良好、電阻率較低的IMO薄膜。主要的研究結(jié)果及分析如下：
　　

3、1.從不同IMO薄膜SEM表面形貌圖中可以看出，IMO薄膜樣品表面較為平整，薄膜表面顆粒均勻致密。同時隨著鉬摻量的增加，薄膜顆粒的粒徑隨之減小。
　　 2.X射線衍射譜(XRD)顯示IMO薄膜具有與In2O3相同的方鐵錳礦結(jié)構，沒有觀察到Mo或其氧化物的結(jié)構特征譜線，表明在摻入Mo原子以后，Mo∶In2O3薄膜并沒有改變純In2O3薄膜的結(jié)構或形成新的晶格結(jié)構。本研究中摻雜量的改變范圍對IMO薄膜的晶格結(jié)構以及晶粒尺寸的影響不大

4、。在基片溫度為350℃左右時，并具有(222)面的擇優(yōu)取向的生長，但是在較低的溫度下生長出來的薄膜結(jié)晶性能較差，只有一個非晶鼓包而沒有明顯的衍射峰，隨著基片溫度的增加，衍射峰逐漸增大，薄膜的結(jié)晶性能也逐漸提高。因此適當提高基片的溫度，可以制備出結(jié)構性能較好的IMO薄膜。
　　 3.制備IMO薄膜較好的工藝條件為：沉積氣壓為2.0Pa，氬氣流量為40Sccm，基底溫度為350℃，濺射功率為200W。當鉬片大小為2.5×2.5mm時

5、，在這個工藝上獲得的IMO薄膜的電阻率為1.53×10-3Ω·cm，載流子遷移率約為23.2cm2V-1s-1，載流子濃度為2.10×1015cm-3，可見光范圍(400-700nm)平均可見光透過率大于80％。
　　 4.研究表明，摻雜濃度和基底溫度均對采用陶瓷靶的射頻磁控濺射法制備的薄膜的光電性能有很大影響。在較高的基底溫度和合適的工藝參數(shù)(沉積氣壓、氬氣流量及濺射功率)下，濺射粒子獲得能量沉積在基底表面，得到結(jié)晶較好的IM