ITO,GZO薄膜光电特性及残余应力特性研究

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本文采用直流和射频磁控溅射的方法,在柔性PET基片以及玻璃基片上分别制备了不同工艺条件下的ITO,GZO薄膜样品。利用X射线衍射,台阶仪,紫外-可见光-近红外分光光度计,傅里叶红外光谱仪,霍尔效应等设备对ITO,GZO薄膜样品的基本结构,力学性质,光学性质以及电学性质进行表征分析,得到不同工艺参数对ITO,GZO薄膜样品性能参数的影响,主要工作如下:一.不同的工艺参数对ITO薄膜性能的影响。(1)随着溅射气压的增加,ITO薄膜电阻率增加,最小电阻率为2.510-4.cm;晶化质量有所降低,缺陷浓度明显增加,理论模型显示薄膜中填充因子降低。(2)随着溅射时间的增加,ITO薄膜膜厚线性增加,结构表现非晶特性;电阻率明显降低,在膜厚1.3198m时最小电阻率为710-3.cm,同时迁移率单调减小;在可将光波段内,透射率略微降低,吸收率略微增加,在近红外波段,透射率则明显降低。(3)随着溅射功率增加,ITO薄膜膜厚增加;XRD衍射谱显示了ITO薄膜从非晶态向晶态的转变,主要衍射峰对应于(400)方向;电阻率明显降低,最小电阻率为1.2×10-3.cm;在可将光-近红外波段,透射率明显降低。二.缓冲层工艺参数对ITO薄膜性能的影响。(1)随着Al2O3缓冲层氧分压的增大,ITO薄膜(222)衍射峰峰强增大,半高宽增大;电阻率在氧分压达到2%时明显降低,之后几乎保持不变;在可见光波段,透射率表现出先增后减的趋势;红外发射率先减后增,与方阻表现出一定的关系.(2)随着Al2O3缓冲层厚度的增加,ITO薄膜从非晶态变为晶态,同时主要衍射峰也从(400)衍射峰变为(222)衍射峰;电阻率先减小,在缓冲层厚度37.5nm时略微增加,之后又减小,缓冲层膜厚75nm时,最小电阻率为3.53×10-4.cm;在可见光波段,平均透射率几乎不变。三.不同的工艺参数对GZO薄膜性能的影响。(1)随着溅射时间的增加,GZO薄膜膜厚增加,溅射速率有所变化;XRD衍射谱显示,所有薄膜表现出晶态,并且主要衍射峰从(002)衍射峰变为(101)衍射峰;电阻率单调增大,最小电阻率为2.74×10-3.cm;载流子浓度和迁移率变化较小,在膜厚810nm时,最小迁移率为5.91cm2V-1s-1;由反射谱得到电子的有效质量,变化趋势与迁移率相反,利用金属碰撞模型得到弛豫时间为0.11±0.01s;在可见光-近红外波段,透射率变化不明显;禁带宽度随着载流子浓度和迁移率变化,可以用Burstein-Moss关系式解释。(2)随着溅射功率的增加,GZO薄膜晶化质量明显增加,主要衍射峰从(002)变为(101);SEM结果显示,晶粒尺寸明显增大,同时表面平整性严重降低;电阻率明显减小,在溅射功率336W时略有增大,最小电阻率为2.8110-3.cm;载流子浓度先增后减,迁移率表现出相同的变化趋势;在可见光波段,透射率先增后减,但变化幅度较小,而在近红外波段,变化幅度明显增大,在274W时透射率最小。
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