ITO薄膜范文（精选6篇）
ITO薄膜 第1篇
ITO是一种半导体材料, 其薄膜具有优良的电学和光学性能, In2O3禁带宽度为3.75, 它是宽禁带的N型半导体, 可以吸收紫外光, 反射红外光, 透过可见光。纯的In2O3电导率比较低, 并且它的导电是依靠附加能级上的电子和空穴激发的。经过Sn掺杂后, 由于Sn可以形成氧空位, 所以载流子的浓度可以大大的提高, 电导率上升, 甚至可以接近金属导体的电阻率[1]。
由于ITO薄膜是一种透明的薄膜, 其电导率很大, 而且与玻璃有非常好的附着力, 所以ITO玻璃可以作为平面显示器, 也可用作汽车的挡风玻璃, 即防雾又防霜;异质结太阳能电池顶部所采用的氧化层也可以用ITO薄膜, 可以提高太阳能电池的能量转换效率[2];ITO薄膜很容易被一些具有还原性的气体还原, 可以用于传感器, 检测其它气体的存在, 等等。
2 ITO薄膜的制备方法
从普通薄膜的制备方法来看, ITO薄膜的制备方法比较多, 其中有磁控溅射法, 激活反应蒸发法, 化学气相沉积法和溶胶-凝胶法等。在这些方法中, 比较成熟的方法是磁控溅射法。在普通的溅射系统中加上一个正交的电磁场, 提高气体的电离率, 从而提高沉积速率。它主要是用直流或者射频电源使Ar或者Ar-O2混合气体产生辉光放电, 电子在电场的作用下飞向衬底时, 与Ar或者Ar-O2混合气体的原子发生碰撞, 使其电离成离子。在飞向衬底过程中, 离子对靶材进行轰击, 使靶材产生溅射, 溅射出来的原子沉积到衬底上形成薄膜。通过控制相应的参数就能得到ITO薄膜[1,3]。制备出的薄膜, 成膜均匀, 容易控制, 稳定性好, 重复性好。[4]
3 氧流量对ITO表面粗糙度的影响
采用磁控溅射的方法, 在熔合后的Si衬底上镀ITO薄膜, 并用原子力显微镜对衬底表面进行观察。图1是氧流量变 (下转28页) 化与熔合前后粗糙度关系。其中调试氧流量从1.2sccm到3.2sccm, 图1所示是在不同的氧流量下, 熔合后的ITO薄膜的表面形貌。
4 结论
不同的氧流量下, 在ITO薄膜的表面任意选取几个颗粒, 测量粒径长度, 将这几个颗粒的长度取平均值, 作为在此氧流量下ITO薄膜的颗粒度。图2是ITO薄膜的颗粒尺寸变化与氧流量的关系。从图中可以看出随着氧流量的增加, 颗粒度在不断的减小。这是因为随着氧流量的增加, In和Sn与氧接触的机会比较多, 更多的In和Sn原子与氧原子形成氧化物, 从而抑制了新形成的In2O3与SnO2本身的生长, 所以颗粒度在不断的减小。所以, 要得到更光滑颗粒度比较小的TIO表面, 应将衬底Si熔合后, 在更高的氧流量下制备。
摘要：ITO (氧化铟锡) 薄膜是一种应用比较多的透明导电薄膜, 在不同的条件下制备的ITO薄膜, 其性能也会不同。本文主要阐述了在不同的氧流量下, ITO薄膜表面粗糙度变化的情况。
关键词：氧流量,粗糙度,ITO薄膜
参考文献
[1]陈玉安, 王必本, 廖其龙.现代功能材料[M].重庆:重庆大学出版社.
[2]张树高, 黄伯云, 方勋华.ITO薄膜的半导化机理、用途和制备方法[J].材料导报, 1997, 8, 11 (4) :11-14.
[3]江自然.ITO透明导电薄膜的制备方法及研究进展[J].材料开发与应用, 2010, 8:68-72.
ITO薄膜 第2篇
ITO是一种宽带隙、重掺杂的n型半导体材料, 因此具有高导电率和高可见光透过率。由于这些优良光电特性,使ITO薄膜被广泛应用于平板显示器(FPD)和太阳能电池等领域[1,2,3]。在ITO用作薄膜太阳电池的背电极中,上层的Si薄膜只有几十纳米,采用电子束蒸发技术沉积ITO没有离子轰击,可有效地避免对Si薄膜的损伤。但是采用电子束蒸发技术制备ITO薄膜,由于蒸发的离子能量偏低,在低温下很难得到性能优良的膜。为了获得性能良好的ITO薄膜,沉积时衬底必须加热到较高的温度(t>300°C)或者采用高温退火工艺[4,5,6]。这就限制了ITO的应用,例如在柔性衬底上制备ITO。因此探索在低温下获得性能优良的ITO膜就尤其必要[4]。采用快速光热退火(RPTA)对薄膜进行固相晶化时,由于光子激励的作用,使得薄膜晶化效果大大提高,缩短了退火时间。本文通过快速光热退火处理ITO薄膜,研究了退火温度和退火时间对ITO性能的影响,在低温下获得了性能良好的ITO透明导电膜。
1 实验方法
镀膜仪器设备为北科仪生产的型号为DEDM-450的光学多层镀膜机,耙材为In2O3∶SnO2=9∶1(99.9%),背景真空为8×10-3 Pa,氧分压为2.0×10-2 Pa, 束流I=5 mA,衬底温度为室温。电子枪的加速电压为6 kV,衬底为0.7 mm厚的平板玻璃。RTPA采用北京仪器公司生产的RTP-300型退火炉,是用13个卤钨灯(上面6个,下面7个)作为光热退火的光源,退火是在1个大气压的高纯氮气保护下进行,升温速率达到100～200 °C/s。
采用UV-3150紫外-可见分光光度计测量薄膜厚度、透光率和反射率。采用SDY-5型电测四探针测试仪在室温下测量样品的方块电阻。XRD测试仪来分析薄膜的微结构特征,型号为Panalytical公司产X Pert PRO,λ=0.154 nm。
2 结果与分析
2.1 退火温度对样品性能的影响
2.1.1 退火温度对薄膜透光性和导电性的影响
图1为电阻率和透过率随退火温度的变化。各温度下的退火时间均为10 min。由图1我们可以看出当退火温度低于180°C时,样品的性能很难得到改善,这是因为In2O3的结晶温度为180°C,低于此温度下ITO薄膜处于非晶态[7],样品中存在大量的缺陷增加了散射,故样品的光电性能都比较差。之后随着退火温度的升高样品的内因力减小、附氧离子溢出大大降低了晶格缺陷[1],故而晶化性提高,样品的性能得到改善。而退火温度继续升高时,透光性增大;但电阻率也有所增大,这可能是因为在高的退火温度下附氧离子在溢出之前与Sn离子反应生成高价的Sn4+致使氧空位浓度减少的结果。
2.1.2 样品禁带宽度的研究
由透过系数 T、反射系数R及样品厚度 d的关系可求得吸收系数α;即由 T=(1-R)2exp(-αd),得出α=(1/d)ln[(1-R)2/T];又有α∝(hν-Eg)1/2,其中α为吸收系数,Eg为禁带宽度,hν为光子能量。光子的能量hν与α2成一个线性关系,可以通过二者关系推断出样品在不同退火温度下的禁带宽度的变化[3]。图2所示为不同退火温度下样品的α2(hω)-hω曲线。
表1为不同退火温度下样品禁带宽度的变化,由表1可以看出随着退火温度的升高,禁带宽度逐渐增大。图3为不同退火温度下样品的反射率和透过率,由图3也可看到样品的吸收边发生蓝移。即所谓的Burstein-moss Shife[3]。但温度达到300°C之后禁带宽度又略有下降。
2.1.3 样品的XRD及微结构的分析
图4为不同退火温度下样品的XRD图谱。根据XRD图谱可以看出样品的晶向主要是为(222)晶向,同时随着退火温度的升高出现(400)、(440)、(662)晶向。但随后其它晶向强度减弱,仍以(222)晶向为主。根据Debye Sherrer公式
表2为不同退火温度下样品的微结构。由表2可以得出:随着退火温度的升高各晶向的晶面间距趋于晶体In2O3的标准晶面间距。晶格常数也逐渐趋于晶体In2O3的标准晶格常数1.011 8 nm。在200°C退火温度下,(222)面间距和晶格常数大于标准参数,是因为在低的退火温度下,一方面是因为正应力的作用,另一方面是因为Sn离子在低温下生成低价Sn2+增大了晶格参数。随着退火温度的升高,样品内应力的释放和Sn离子在高温下生成Sn4+使得在接下来的退火温度下(222)面间距和晶格常数都略小于标准参数。当退火温度达到325°C时(222)面间距和晶格常数又呈增大的趋势,可见退火温度过高也不利于样品微结构的改善。
(注:离子半径:In3+,Sn4+和Sn2+分别为0.79 nm,0.069 nm,0.093 nm。In2O3晶体的晶格常数为1.011 8 nm,晶体In2O3(222)标准面间距为0.292 1 nm,(400)标准面间距为0.252 9 nm)
2.2 不同退火时间对样品性能的影响
2.2.1 退火时间对薄膜透光性和导电性的影响
我们选取退火温度为200°C,研究了不同退火时间下样品的光电性能,图5为ITO的电阻率和透过率随退火时间的变化。由图5可以看出退火时间由10 min延长到20 min的过程中样品的电阻率由2.0×10-3 Ω·cm变化为2.9×10-3 Ω·cm,透光性则由75%增大到85%。可见同温度不同退火时间对样品的透光性影响较大,这是因为在常温制备下样品内部存在大量的缺陷和氧吸附,严重影响样品的透光性,退火时间延长,减小了内应力和晶格缺陷,同时Sn离子也由低价的Sn2+变为高价的Sn4+,使得样品的透光性能得到很大的改善。同温度不同的退火时间对样品的电阻率影响不大,略有增大,可能是由于Sn离子与多余的附氧离子反应,致使氧空位减少的结果。
2.2.2 样品禁带宽度的研究
同理我们对200°C退火温度不同退火时间下样品的禁带宽度作了研究。图6为不同退火时间下样品的光谱图。图7为不同退火时间下样品的α2(hω)-hω曲线。
表3为不同退火时间下样品禁带宽度的变化,由表3可以看出随着退火时间的延长,禁带宽度逐渐增大,同样由图6可看到样品的吸收边发生蓝移。即所谓的Burstein-moss Shife[3]。
2.2.3 样品的XRD谱及微结构分析
图8为退火温度为200°C下不同退火时间所得样品的XRD图谱。同样在此条件下所得XRD图谱与不同退火温度下所得图谱变化基本一致;样品的晶向仍以(222)晶向为主,同时随着退火时间的延长出现(400)、(440)、(662)晶向。但随后退火时间进一步延长其它晶向强度减弱,仍以(222)晶向为主。
表4为不同退火时间下样品的微结构。由表4可以看出:随着退火时间的延长样品各晶向晶面间距和晶格常数都逐渐趋于晶体In2O3的标准晶格参数。在退火时间小于18 min时,样品的各参数都略大于晶体In2O3的标准晶体参数,可见在退火时间较短时Sn离子大多以Sn2+存在;到18 min时晶化性最好,随后退火时间进一步延长,样品的晶面间距和晶格常数相对于晶体In2O3的标准晶体参数又发生偏离,也不利于样品结构和性能的改善。
3 总 结
利用电子束蒸发技术在常温下很难直接制得性能良好的ITO透明导电膜,因此为了实现低温工艺,我们试图通过研究快速光热退火下退火温度、退火时间对其性能的影响,近而改善薄膜性能。在对不同的退火温度和在200°C退火温度不同的退火时间所得样品的计算和研究发现:随着退火温度或退火时间的增大,禁带宽度逐渐增大。通过XRD对样品的结构分析发现:随着退火温度的提高或退火时间的延长,虽然样品的晶粒大小变化不大,但微结构逐渐致密,各晶向面间距和晶格常数也趋于标准的晶体参数。但退火温度过高或退火时间过长又不利于透明导电膜性能的提高,所以选取合适的退火温度和退火时间是在光退火下透光性和导电性都得到提升的关键。综合各因素我们选取200°C的退火温度下,退火12 min可实现样品的透光率在可见光范围内达到T>82%,电阻率ρ=2.3×10-3 Ω·cm。这样就基本满足了低温工艺的要求。
摘要：利用电子束蒸发技术在常温下制备ITO透明导电膜,在这种条件下很难得到性能良好的透明导电膜,试图通过研究快速光热退火下退火温度、退火时间对其性能的影响,致力于在低温退火工艺下改善薄膜性能。通过对退火后样品禁带宽度的计算得出随着退火温度或退火时间的增大,禁带宽度逐渐增大;对样品的微结构分析发现随着退火温度的提高或退火时间的延长,样品的微结构致密性提高,各晶向面间距和晶格常数逐渐趋于标准的晶体;但退火温度过高或退火时间过长反而不利于透明导电膜性能的提高,所以选取合适的退火温度和退火时间是光退火下透光性和导电性都得到提升的关键。在200°C的退火温度下,退火12 m in可实现样品的透光率在可见光范围内达到82%,电阻率ρ=2.3×1-0 3Ω.cm。
关键词：快速光退火,ITO透明导电膜,电子束蒸发,光电性能
参考文献
[1]Li-meng,Santos M P dos.Properties of indium tin oxide filmsprepared by rf reactive magnetron sputtering at different sub-strate temperature[J].Thin solid Films,1998,322:56-62.
[2]Hamid Reza Fallah,Mohsen Ghasemi,Ali Hassanzadeh,etal.The effect of deposition rate on electrical,optical andstructural properties of ITO films on glass at low substratetemperature[J].Physical B,2006,373:274-279.
[3]Joseph Georgre,Menon C S.Electrical and optical propertiesof electron beam evaporated ITO thin films[J].Surface andCoatings Technology,2000,132:45-48.
[4]Ma Hongbin,Cho Jung-soo.A study of indium tin oxide thinfilm deposited at low temperature using facing target sputter-ing system[J].Surface and Coatings Technology,2002,153:131-137.
[5]Thilakan P,Kumar J.Oxide dependent crystallization be-haviour of IO and ITO thin films deposited by reactive thermaldeposition technique[J].Materials Science and Engineering B,1998,55:195-200.
[6]Teixeira V,Cui H N,Meng L J,et al.Amorphous ITO thinfilms prepared by DC sputtering for electrochromic applica-tions[J];Thin Solid Films,2002,420-421:70-75.
[7]Gao jin-song,Xu Ying,Wang Xiao-yi,et al.ITO thin filmsprepared by electron beam evaporation with End-Hall ionsource assisted without heating to the substrate[J].Opticsand Precision Engineering,2005,13(4):397-402.
[8]张宇翔,王海燕,陈永生,等.用快速光热退火制备多晶硅薄膜的研究[J].人工晶体学报,2005,34(2):340-343.
[9]杨觉明,余萍,陈平,等.热处理对ITO薄膜的显微结构及光电特性的影响[J].西安工业学院学报,2005,25(1):52-55.
ITO薄膜 第3篇
氧化铟锡膜ITO是一种具有立方铁锰矿结构的宽禁带半导体材料,具有低电阻率、高可见光透过率的良好性能,被广泛应用于薄膜晶体管、液晶显示器、红外辐射、热镜薄膜、微波屏蔽、太阳能电池等方面[1,2]。目前ITO薄膜的制备技术很多,如溅射法、热沉积法、电子束蒸发法、喷雾热分解法、溶胶 - 凝胶法等,其中溶胶 - 凝胶法有设备成本低、原材料价格便宜、工艺简单可控、便于大面积成膜等特点[3,4]。而所制备的薄膜在不同的气氛中(如氨气、氮气、空气等)进行热处理,会影响薄膜的性能[5]。本文以无机盐In Cl3·4H2O和Sn Cl4·5H2O为原料,采用溶胶 - 凝胶旋涂法制备了透明的ITO导电薄膜,并探索了氮气气氛中退火对ITO薄膜光电性能的影响。
2实验
以In Cl3·4H2O、Sn Cl4·5H2O为前驱物,分别加入无水乙醇中搅拌一段时间,再加入一定量的去离子水(水与铟锡盐的摩尔比为1:25),继续搅拌一段时间后配制成浅茶色溶液,将其在常温下陈化48h备用。把清洗好的载玻片固定在匀胶机上,准确地将制备好的溶胶滴在载玻片中央,在一定的转速下旋转,溶胶向四周扩散,在衬底表面形成了一层均匀的ITO凝胶。先在电热恒温干燥箱内干燥10min(200℃),然后涂下一层(本实验涂膜均为5层)。最后,将薄膜放在氮气气氛中退火后在空气中冷却,得到ITO薄膜。
本实验采用四探针测试仪、紫外 - 可见分光光度计X- 射线衍射仪、和扫描探针显微镜等测试了方块电阻、透射谱、薄膜的物相组成和表面相貌等,通过实验得到了在氮气中退火制备ITO薄膜的最佳工艺条件。
3结果与讨论
3.1掺杂量对薄膜的光电性能的影响
图1为Sn的质量分 数分别为5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17% 时,在480℃的氮气气氛中退火1h制备的ITO薄膜的光电特性曲线。其中(a)是薄膜方块电阻与掺Sn量的关系曲线,ITO薄膜的方块电阻随着掺Sn量的增加,先减小后增大。当掺Sn量为11%时,所制备的薄膜的方块电阻最小,导电性最好。这是由于随着掺杂浓度的增加,自由载流子数目增多,导电性能提高;但当掺杂浓度过高后会引起晶格的严重畸变、会影响电子迁移率,从而使导电性能下降。其中(b)是薄膜相 对透射率 与掺Sn量的关系 曲线(λ=550nm),由图中可得,随着Sn含量的增加,薄膜透射率先缓慢下降后快速下降。这是因掺Sn量的增加,使ITO薄膜的透射区变窄[6,7,8]。当Sn的质量分数超过14%时,ITO薄膜的透射率均低于75% ,可见要制得高透射率的ITO薄膜,掺Sn量应低于14%,再考虑导电性能应最佳,所以本实验制备时选择掺Sn量为11%。
3.2热处理温度对薄膜光电性能的影响
图2为掺Sn量为11%时,在300、400、450、480、500、550℃下退火60min(氮气环境中)制得的ITO薄膜的光电特性曲线。其中(c)是薄膜方块电阻与热处理温度关系曲线,实验结果表明在掺锡量为11%时,ITO薄膜的方块电阻随着热处理温度的升高,先减小后增大,480℃时最小。这是由于温度的升高,会使ITO薄膜中的晶粒尺寸增大,增强薄膜的结晶完整性,减小晶粒的边界,进而对载流子的散射作用降低了,载流子的迁移率便增大了,减小了薄膜的方块电阻[6,7,8]。但当热处理温度进一步提高时,将使薄膜表面发生龟裂,导致其导电性能下降。其中(d)是薄膜透射率与热处理温度的关系曲线(λ=550nm)。由图可得在掺锡量为11%时,ITO薄膜的透射率随着热处理温度的升高,先增大后减小,480℃时最大高于80%。这是由于,当升高热处理温度时,薄膜的致密性提高了,薄膜的厚度减小了,透射率增加了。但随着继续升高热处理的温度,会增加薄膜的表面粗糙度和载流子浓度,进而增强薄膜对光子的反射、吸收和散射作用,从而使透射率降低。由实验结果所得本实验制备时选择最佳热处理温度为480℃。
3.3热处理时间对薄膜光电性能的影响
图3是掺Sn量为11% 时 , 热处理温 度为480℃下在氮气气氛中分别热处理20、40、60、80、100、120min所制得的ITO薄膜的光电特性曲线。其中(e)是热处理时间对薄膜方块电阻影响关系曲线,结果显示当延长热处理时间时,方块电阻先降低后增大,60min时最小。这是因为,当热处理时间缩短时,ITO薄膜中晶粒尺寸减小,电阻增大;当延长热处理时间后,薄膜中晶粒尺寸会长大,会使薄膜趋于致密,便使方块电阻下降;当继续增大热处理时间时,薄膜将出现龟裂[9],造成方块电阻又增大。其中(f)是薄膜透射率与热处理时间关系曲线(λ=550nm),从图中看出:薄膜的透射率随着热处理时间的延长,先升高后降低;当热处理时间为60min时,薄膜的透射率高于80%。这是由于,当热处理时间较短时,凝胶分解不够完全,较多的有机溶剂包含在ITO薄膜的内部,降低了薄膜的透射率;当延长热处理时间后,有机溶剂将被逐渐分解,透射率便逐渐增大;但继续延长退火时间后,晶粒尺寸逐渐长大,使透射率下降。所以,制备ITO薄膜的最佳热处理时间为60min。
3.4薄膜的XRD测试结果
经过反复实验发现:掺锡量为11%,在480℃下氮气气氛中,退火60min制备的ITO薄膜其方阻较小为390Ω/□,可见光透过率较高达80%以上。图4为以上实验条件下制备的ITO薄膜的XRD图谱,其XRD图谱可见:图谱中的衍射峰分别是In2O3(211)、(222)、(400)、(440)和 (622)等特征峰 [10],这表明所制备的薄膜呈立方相In2O3结构。可见本实验在上述条件下成功制备了ITO导电薄膜。
3.5薄膜的表面形貌图
图5为掺锡量为11%时,在480℃下氮气气氛中退火60min的的ITO薄膜的表面形貌图象,由图可见该实验成功制得了晶化完全且均匀分布的纳米ITO薄膜,并通过分析其SPM照片得知该薄膜的晶粒大小分布在20~90nm之间。
3结论
本实验采用溶胶 - 凝胶法成功在氮气气氛中热处理制备了ITO导电薄膜,结果表明:随着Sn掺杂量的增加,薄膜的方块电阻先减小后增大,逐渐降低了可见光透过率;当热处理温度的升高时,ITO薄膜的方块电阻先降低后增加,透过率先增大后减小;当热处理时间的延长时,薄膜的方块电阻先降低后增大,透过率先降低后升高。通过实验得出:当掺Sn量为11%时,在480℃氮气气氛中热处理60min,制得的ITO薄膜光电性能较好,薄膜方阻为390Ω/□,可见光透过率可达80%以上。
摘要：利用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了掺锡氧化铟(ITO)导电薄膜,并在氮气气氛下对薄膜进行热处理。采用四探针测试仪、双光束紫外-可见分光光度计、X-射线粉末衍射仪和扫描探针显微镜等手段对所制备的ITO薄膜进行分析表征,并对掺Sn量、退火温度和退火时间对薄膜光电性能的影响进行了研究。实验结果表明:当掺Sn量为11%、热处理温度为480℃、热处理时间为60min时,能在氮气气氛中成功制备纳米ITO导电薄膜,其晶粒大小在20~90nm之间,薄膜的方阻较小为390Ω/□,可见光透过率达80%以上。
ITO薄膜 第4篇
透明导电氧化物ITO薄膜因具有高导电、高透光率的特性, 被广泛应用于光电子工业, 如太阳能电池、平板显示器、汽车档风玻璃加热以及透明防辐射建筑窗口材料等[1~3]。ITO薄膜的制备方法有很多种, 如直流或射频磁控溅射法、反应蒸镀法、溶胶-凝胶法和化学气相沉积法等[4~6], 其中最常用的是直流磁控溅射法, 该技术具有薄膜沉积速率快、沉积温度低以及大面积成膜的特点, 相对于直流溅射、射频磁控溅射而言, 可以制备出表面粗糙度较小的ITO薄膜, 且靶材可以选择非导电性材料[7,8]。
采用射频磁控溅射法制备的ITO薄膜的结构、光电性能对溅射参数 (溅射压强、溅射气体的氧含量、靶间距、基片温度、沉积速率、靶材质量等) 十分敏感[6,8,9]。一些研究发现, 采用直流溅射法制备的ITO薄膜, 随着靶材密度的增加, 其电阻率稍有下降, 这让人们认为制备高质量的ITO薄膜需要密度尽可能高的靶材[3,9,10], 所以不管是直流还是射频磁控溅射对理论密度 (TD) >99%的商业靶材需求都很大。前人的研究大多集中在溅射工艺对ITO薄膜性能的影响方面, 但在射频磁控溅射中, 对靶材密度的影响尚未进行系统的研究。为此, 本试验采用射频磁控溅射法, 在保持其他制备参数不变, 只改变靶材密度的条件下, 着重研究了靶材密度对ITO薄膜光电性能的影响, 并对ITO薄膜的结构和光电性能进行了表征和分析。
2 试验
2.1 不同密度ITO靶材的制备
以低压尿素水热法[11]制备的颗粒尺寸为 (90±3) nm和 (40±3) nm的ITO粉末为原料, 按重量比7∶3混合;经冷等静压压制成5个ϕ65×5 mm的靶材, 样品分别编号为D0、D1、D2、D3、D4。取D1~D4样品分别在1 200℃、1 250℃、1 300℃和1 350℃烧结[11], D0靶材仅由冷等静压成形而未进行烧结。所制备靶材的相对密度见表1 (ITO靶材的理论密度为7.15 g/cm3) 。
2.2 ITO薄膜的制备
高温退火有利于获得低方阻的ITO薄膜[7,8], 而基片材料的选择又在一定程度上限制了退火条件。普通的基片材料是钠钙硅玻璃, 不能承受高于600℃的退火温度, 为此本试验选择了可耐1 100℃的石英玻璃基片, 以满足750℃退火温度要求, 制备低方阻的ITO薄膜。
以上述石英玻璃片为基片, 以不同密度的ITO靶材为原料, 采用射频磁控溅射法在室温下按靶间距为5 cm、背底真空为1.0×10-3Pa、溅射气压为0.5 Pa、功率为100 W的条件制备厚度均为300 nm的ITO薄膜。
2.3 性能表征
采用XRD (Rigaku Geigerflex D/Max 2200) 对ITO薄膜的晶形结构和物相进行表征;薄膜的表面和断面形态用SEM (Hitachi S-4100, Japan) 观测;电阻率由CMT-ST1000四探针探测仪测量;可见光透过率由Hitachi U 3000UV分光光度计测量, 检测波长范围为300~800 nm的可见光区。
3 结果与讨论
采用D0靶材制备的ITO薄膜的AFM和SEM图谱分别见图1、2。由图1、2可见薄膜生长致密、整齐, 厚度约为300 nm。AFM测试结果表明, 不同密度靶材制备的ITO薄膜具有相同的表面粗糙度 (4.68 nm) 。SEM观测结果显示, 所有烧结的靶材晶粒尺寸均为100~400 nm, 平均晶粒尺寸约为150 nm, 与文献[11]报道一致。
图3是不同密度靶材制备的ITO薄膜的XRD图谱, 从图3可以看出, 不同密度靶材制备的薄膜具有相似的峰值和宽度, 这个峰对应立体In2O3 (JCPDS 6-0416) 相, 没有Sn、Sn O或Sn O2的杂峰, 说明Sn是以掺杂的形式进入In2O3晶格中。从以上结果可知, 采用射频磁控溅射法, 即使采用不同密度的靶材, 制备出的ITO薄膜的表面形态、粗糙度以及生成相都很相似。因此, 本研究认为, 不同密度的靶材对射频磁控溅射制备的薄膜的质量没有显著影响。另外, 由SEM图估测的膜厚计算出膜的沉积速率时发现, 沉积速率也不受靶材密度的影响。
图4为薄膜的电阻率、载流子浓度和霍尔迁移率与靶材密度之间的关系。
从图4可知, 由不同密度靶材沉积的ITO薄膜具有相同的电阻率 (1.56×10-4Ω·cm) , 其霍尔迁移率及载流子浓度也均不取决于靶材密度。该研究结果与K.Utsumi等[9]的结果不同, 他们采用直流磁控溅射法制备ITO薄膜, 发现靶材密度的提高可以降低放电电压, 继而可以稍微增加载流子浓度和减小电阻率[10]。然而, 直流磁控溅射要求有相对高的电压来维持通过阴极发射二次电子的放电过程, 而射频磁控溅射要求的放电电压比直流磁控溅射的低, 原因在于射频磁控溅射的电离主要受等离子体中电子振动的影响。本试验中, 放电电压通过功率检测, 结果发现, 靶材密度对射频磁控溅射的放电电压影响很小。
图5是不同密度靶材制得的ITO薄膜的可见光透过率频谱, 从图5可以看出, 各薄膜的可见光透过率频谱几乎相同, 且可见光区的平均透过率为87%。
虽然试验结果表明靶材密度对射频磁控溅射ITO薄膜的结构、光电性能的影响很小, 但是靶材密度的提高有利于减少靶材中毒。靶材中毒是指当靶材溅射一段时间后, 其表面形成一层黑色物质, 覆盖在溅射刻蚀跑道的中央[12], 当黑色物质层积聚到一定程度时, 必须关闭溅射系统, 清理靶材表面或更换靶材。如果靶材是烧结而成的 (如D1~D4) , 废弃的ITO靶材必须重新溶解以制备ITO粉体, 但是, 如果靶材只是被压实而成 (如D0) , 那么废弃ITO靶材的黑色物质可以很容易被清理掉, 然后加上新的粉末压成新靶, 同样可以保证ITO薄膜的性能。值得注意的是, 在本试验中, 所有沉积的ITO薄膜优先沿 (400) 生长。为了比较, 选用D0~D4靶材分别在温度为400℃的基片上制备出薄膜, 结果发现, 晶粒趋于 (222) 取向生长, 这与文献[6~8]的研究结果一致。不同温度下的晶体取向不同可解释为热应力的影响[7,8]。退火在一定程度上可以缓解作用于沉积薄膜上的应力, 但较高的退火温度使薄膜倾向于 (400) 取向。 (400) 峰的强度与ITO薄膜中的氧空位数量相关, (400) 峰的强度越大, ITO薄膜的空位数量和载流子浓度越大, 这有利于提高ITO薄膜的电学性能, 但不利于改善其光学性能[7]。因此, 本试验将在基片温度为750℃条件下制备的ITO薄膜与在基片温度为400℃条件下制备的ITO薄膜进行对比, 发现前者的电阻率较低 (见图4) , 透光率也较低 (见图5) 。因此本研究认为, 射频磁控溅射制备的ITO薄膜, 其电学和光学性能不受靶材密度的影响, 但受基片温度影响较大。
4 结论
以不同密度的ITO靶材为原料, 采用射频磁控溅射法, 在室温下沉积并经750℃退火, 获得了电阻率为1.56×10-4Ω·cm、可见光透过率为87%的ITO薄膜。结果表明, ITO薄膜的沉积速率、结构、电阻率和可见光透过率几乎不受靶材密度的影响, 但受基片温度影响较大, 提高基片温度有利于降低ITO薄膜的电阻率, 但可见光区的透过率有所下降。
参考文献
[1]Trejo-Crua C, Mendoza-Galván A, López-Beltrán A M, etal.Effects of Air Annealing on the Optical, Electrical, andStructural Properties of Indium-tin Oxide Thin Films[J].ThinSolid Films, 2009, 517:4615-4620.
[2]Kerkache L, Layadi A, Mosser A.Effect of Oxygen PartialPressure on the Structural and Optical Properties of DCSputtered ITO Thin Films[J].Journal of Alloys andCompounds 2009, 485:46-50.
[3]Medvedovski E, Alvarez N, Yankov O, et al.AdvancedIndium-tin Oxide Ceramics for Sputtering Targets[J].CeramInter 2008, 34:1173-1182.
[4]Valencia H Y, Moreno L C, Ardilla A M.Structural, Electri-cal and Optical Analysis of ITO Thin Films Prepared bySol-gel[J].Microelectron, 2008, 39:1356-1357.
[5]Manoj P K, Joseph B, Vaidyan V K, et al.Improving theOptical and Electrical Properties of Fluorine-doped TinOxide Films by Various Post-annealing Treatments[J].CeramInter, 2007, 33:273-278.
[6]Cruz L R, Legnani C, Matoso I G, et al.Physical Proper-ties of RF Sputtered ITO Thin Films and Annealing Effect[J].Mater Res Bull, 2004, 39:993-1003.
[7]Manavizadeh N, Boroumand F, Asl-Soleimani E, et al.Effect of Target Density on Microstructure, Electrical andOptical Properties of Indium Tin Oxide Thin Films[J].ThinSolid Films, 2009, 517:2324-2327.
[8]Kerkache L, Layadi A, Dogheche E, et al.Physical Proper-ties of RF Sputtered ITO Thin Films and Annealing Effect[J].Phys D Appl Phys 2006, 39:184-189.
[9]Utsumi K, Iigusa H, Tokumaru R, et al.Study onIn2O3-SnO2 Transparent and Conductivefilms Prepared byD.C.Sputtering Using High Density Ceramic Targets[J].Thin Solid Films, 2003, 445:229-234.
[10]Kentaro Utsumi, Osamu Matsunaga, Tsutomu Takahata.Low Resisitivity ITO Film Prepared Using the UltrahighDensity ITO Target[J].Thin Solid Films1998, 334:30-34.
[11]ZHU Gui-sheng, YANG Zu-pei, ZHI Li, et al.Preparationand Sintering Behavior of the Tin-doped Indium[J].J AmCeram Soc, 2010, 93:2511-2514.
ITO薄膜 第5篇
随着柔性薄膜晶体管的发展, 研究人员致力于在新型衬底上制备薄膜晶体管, 找到成本更加低廉, 更适合工业化生产的方式。2008年Fortunato E等[6]在纤维素纸张上制备出了纸张薄膜晶体管。该器件在制备过程中将纤维素纸张同时用作晶体管的衬底和栅介质材料。这让研究人员看到了一个全新研究方向:在纸张上制备薄膜晶体管[7,8,9,10]。纸张具有价格低廉、来源广泛、节能环保等特点。但是常规纸张薄膜晶体管因为纸张表面粗糙、工艺温度过低等原因, 制备的器件同样存在工作电压过高的问题。本研究采用新型栅介质, 通过更加简单和成本更加低廉的工艺, 制备出了低能耗、低成本、高性能的纸张薄膜晶体管, 很好地解决了常规纸张薄膜晶体管中出现的高工作电压等问题。
本实验制备的超低压ITO基壳聚糖电解质薄膜晶体管采用本实验室独创的一步掩膜法同时制备源、漏电极和沟道层。在射频磁控溅射制备薄膜晶体管过程中, 当Ni掩膜板与栅介质层之间存在一定空隙时将发生绕射现象, 源、漏电极之间生成厚30nm的薄膜, 而这层薄膜足以充当沟道层, 基于这个原理本实验室开发出一步掩膜法制备工艺[11], 此制备方法过程简洁方便, 节约资源。采用的壳聚糖[12,13]是由自然界广泛存在的几丁质经过脱乙酰作用得到的, 化学名称为聚葡萄糖胺 (1-4) -2-氨基-B-D葡萄糖。壳聚糖的氨基能被酸质子化而形成胺盐, 因此, 壳聚糖能溶于各种酸性介质, 例如稀的无机或有机酸溶液 (pH≤6) , 制备出的壳聚糖薄膜具有成膜性好、薄膜质量高、电容值大等特点。本研究制备的纸张薄膜晶体管具备低电压、低成本、制备流程简单等特点, 同时, 壳聚糖制备及使用过程简单环保, 符合当前环境友好、可持续利用的要求[13,14], 制备出的纸张薄膜晶体管因其成本低廉、环保节能、高性能等特点, 有望广泛应用于电子纸、柔性显示屏等领域。
1 实验
在制备纸张薄膜晶体管前需先配备好壳聚糖溶液备用:先配制pH=3的醋酸溶液作为溶剂, 再称取5.00g壳聚糖, 溶于200mL醋酸溶液中, 配制成质量分数为2%的壳聚糖溶液, 利用磁力搅拌器采用边搅拌边加热的方式加快壳聚糖的溶解, 将制备好的壳聚糖电解液密封备用。
实验所用器件基于底栅结构, 首先采用普通纸张作为衬底材料, 通过射频磁控溅射在纸张上沉积一层厚约200nm的ITO薄膜, 用来作为栅极;然后, 将配制好的壳聚糖溶液旋涂在ITO基板上, 在室温下无尘环境中风干成膜;最后, 在室温下利用射频磁控溅射通过一步掩膜法同时生成ITO源、漏电极和沟道层。如图1所示, 在生成的壳聚糖薄膜层表面固定一块镍掩膜板, 在0.5Pa的Ar气环境中射频磁控溅射沉积一层厚约200nm的ITO源、漏极, 溅射出的ITO颗粒会通过衍射作用进入并沉积在镍掩膜板覆盖的区域, 这样在ITO源、漏极形成的同时, 两极之间由衍射形成了一层薄薄的ITO沟道层。沟道层最薄处厚度约30nm。沟道长度及宽度分别为80μm和1000μm。通过场发射扫描电镜测试 (Hitachi S-4800SEM) 测得壳聚糖薄膜层截面形貌图, 见图2。由图2可知, 壳聚糖薄膜呈疏松层状结构, 这种结构在一定程度上有利于质子输运过程, 增加薄膜的离子导电性。此外, 器件的电学特性则由Keithley4200半导体参数分析仪在室温下黑暗环境中测试得到。
2 结果与讨论
本实验中, 由壳聚糖制备的电解质薄膜具有高达3.8μF/cm2的双电层电容。在纸张衬底上, 采用全室温工艺, 制备出高性能低耗能的薄膜晶体管。本研究根据壳聚糖的分子结构以及得到的实验结果, 对壳聚糖电解质薄膜产生双电层电容的原理进行了推导。壳聚糖的化学结构如图3所示, 壳聚糖中的NH2基团之间存在分子内和分子间氢键。当将壳聚糖溶解于酸性溶剂中时, 由于最外层电子排列为2s22p3, 容易与H+形成sp3杂化轨道, 因此溶剂中的H+与壳聚糖结构上的NH2基团间形成化学键, 分子间氢键断开, 壳聚糖溶解于酸性溶剂中。在干燥成膜时, 因化学键作用H+被束缚在壳聚糖分子内, 当对TFT (Thin film transistor) 的栅极施加偏压, 形成外电场时, H+脱离壳聚糖上NH2的束缚, 向栅绝缘层与沟道层的界面移动, 形成双电层。壳聚糖薄膜双电层的制备厚度是4μm, 而实际有效的厚度仅为1nm, 这就是制备出的器件具有超低工作电压的主要原因。除此之外, 壳聚糖作为有机大分子物质, 分子化合键使其可以更好地贴合在纸张衬底上, 有机物良好的柔韧性也使其能够适应柔性衬底的随意扭曲。
图4为测得的壳聚糖薄膜晶体管的电容特性曲线。由于壳聚糖栅介质的双电层效应, 器件表现出很高的电容值。
由图4可知, 测量频率由40Hz扫描至10000Hz, 在40Hz时电容达到最大值 (3.8μF/cm2) , 栅介质的高电容使栅极电压可以对源、漏电流进行更有效的调控, 降低器件的工作电压。图5为室温下壳聚糖栅介质的栅极漏电流曲线图。在Vgs=1.0V时, 偏压下漏电流约为7×10-9 A, 这说明壳聚糖电解质具有十分优越的离子导电性和电子绝缘性, 该漏电流比沟道电流小了7个数量级, 因此, 在器件工作时, 源、漏电流Ids不会受到栅极漏电流的影响。
图6为测得的壳聚糖薄膜晶体管的输出特性曲线图, Vgs由-0.8V扫描到0.6V, 每次增加0.2V。由图6可以看到, 在Vds较小时, 器件的Ids与Vds表现出较好的线性关系, 在较高的Vds时则出现良好的电流饱和特性, 这表明ITO沟道层与ITO源、漏电极之间拥有良好的欧姆接触。晶体管工作在偏压Vds=0.8V和Vgs=0.6V下具有较高的饱和电流, 约为0.67mA。由于双电荷层效应, 本器件显示出0.8V的超低工作电压。
图7为器件的转移特性曲线 (Ids-Vgs) 。由图7可知, Vds固定为1.0V, 栅压Vgs由-1.0V扫描至1.0V, 器件的开关电流比高达1.2×107, 亚阈值斜率S为80mV/decade。由曲线Ids-Vgs可知器件的阈值电压Vth为-0.1V。饱和区域的场效应离子迁移率可由式 (1) 求得。
式中:L为沟道长度 (80μm) , W为沟道宽度 (1000μm) , Ci为单位面积电容 (3.8μF/cm2) 。通过计算可得, 饱和区场效应迁移率μ约为8.1cm2/ (V·s) 。具有高电容的双电层栅介质保证了良好的栅极静电调控, 高迁移率的ITO材料的应用可以保证器件具有较大的输出电流, 二者结合, 能制备出低能耗、低成本、高性能的柔性纸张薄膜晶体管。
3 结论
在室温下, 采用简单的溶液处理方法制备出了具有高电容的壳聚糖栅介质。壳聚糖不仅来源广泛、价格低廉且节能环保。在制备源、漏电极和沟道层时采用的一步掩膜法, 制备工艺简单、操作方便, 制备出的基于壳聚糖电解质的ITO基纸张薄膜晶体管不仅具有0.8V的超低工作电压, 并且表现出良好的电学性能:场效应饱和迁移率达到8.1cm2/ (V·s) , 亚阈值斜率为80 mV/decade, 开关电流比为1.2×107。这种成本低廉、环保节能且性能优越的纸张薄膜晶体管有望广泛应用于电子纸、柔性显示等领域。
摘要：采用一步掩膜法通过射频磁控溅射设备同时制备源极、漏极以及沟道层, 采用具有双电荷层效应的壳聚糖薄膜为栅介质, 成功制备出以纸张为衬底的超低压薄膜晶体管。这种柔性衬底薄膜晶体管具有良好的电学性能:超低的工作电压 (仅为0.8V) , 场效应迁移率达到8.1cm2/ (V·s) , 亚阈值斜率为80mV/decade, 开关电流比高达1.2×107。
关键词：纸张薄膜晶体管,超低压,ITO,壳聚糖,双电层效应
参考文献
ITO薄膜 第6篇
透明导电氧化物薄膜具有较高的载流子浓度和较宽的光学禁带,展示出较好的光电性能,如低电阻率和高可见光透过率。其中氧化铟锡(ITO)薄膜是一种高简并的n型半导体,具有较优异的光电性能,但其化学稳定性和热稳定性较差,表面能低,限制了其进一步的应用[1,2]。 ITO薄膜掺杂金属元素既可以保持或提高光电性能,又可以改善物化性能[3,4,5,6]。薄膜的光电性能与其晶化程度密切相关,高熔点Zr的氧化物有可能作为晶体形成初期的非自发形核质点,促进薄膜晶化,从而提高薄膜光电性能;且Zr的氧化物稳定,可提高薄膜的稳定性。目前,对ITO薄膜电学稳定性的研究相对较少,而涉及Zr掺杂ITO薄膜(ITO ∶Zr)的还未见报道。本工作采用磁控溅射法制备了ITO薄膜和ITO ∶Zr薄膜,对比研究了2种薄膜的微观结构、光电性能及其在3种模拟环境(酸性、海洋、工业)中的电学稳定性和耐腐蚀性。
1 试 验
1.1 薄膜的制备
在20 mm×20 mm的玻璃衬底上磁控溅射ITO薄膜和ITO ∶Zr薄膜。控制ITO薄膜中In2O3与SnO2质量分数分别为90%和10%,其溅射工艺如下:靶直径为62 mm,基片与靶相距65 cm,本底真空度为0.000 1 Pa,氧流量为0.3 mL/min,通过控制Ar气使总气压保持在0.5 Pa;镀膜前对靶材表面预溅射3 min,镀膜30 min,薄膜厚度约240 nm,衬底温度为400 ℃。引入Zr靶(射频10 W)溅射ITO ∶Zr薄膜,控制薄膜中In,Sn,Zr原子个数比为9.0 ∶1.0 ∶0.2,其他工艺参数与溅射ITO薄膜的相同。
1.2 薄膜性能测试
用D/max 2550V型X射线衍射仪(XRD)分析试样物相,扣除玻璃基底等对衍射峰的影响,通过X射线图解分峰法对XRD谱进行非晶和晶化峰分峰处理,测得结晶部分和非晶部分的散射强度,按下式计算试样的晶化相体积分数:
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式中,Ihkl为试样各结晶面衍射峰的积分强度,Ia为试样非晶散射峰的积分强度,Chkl(θ)和Ca(θ)分别为衍射峰和非晶散射峰的校正因子,K值取1。
用JEM-100CX型透射电镜(TEM)观察薄膜形貌,试样以KCl(110)单晶作薄膜沉积的基底,测试前将薄膜试样放入去离子水中,待KCl溶解后,用铜网捞起晾干后测试。
用Lamda950型UV-VIS-NIR Scanning分光光度计测量薄膜的透射光谱。
将磁控溅射试样分别放入3种模拟环境的腐蚀液[0.5 mol/L HCl(酸性环境),3.5%(质量分数)NaCl(海洋环境)和0.5 mol/L Na2SO4(工业环境)]中,浸泡0~48 h,间隔一定时间取出干燥后,采用SDY-5型四探针电阻测试仪测试电阻,不同点测量3次,取平均值,以相对电阻变化ΔR/R评价薄膜的电学稳定性[7]。
电化学极化曲线的测量在IM6e电化学综合测量仪工作站上进行,三电极系统,饱和甘汞电极作为参比电极,金电极作为辅助电极,薄膜试样作为工作电极,介质为配制的模拟环境腐蚀液,室温,扫描速率为1 mV/s,范围从-1 000~2 000 mV。
采用S-520型扫描电子显微镜(SEM)观察试样表面形貌。
2 结果与讨论
2.1 薄膜的微观结构与光电性能
ITO和ITO ∶Zr薄膜的XRD谱见图1。由图1可知:Zr掺杂导致了ITO薄膜的择优取向从(222)晶面向(400)晶面转变。据计算,ITO薄膜掺杂前后晶化相体积分数分别为65%和79%,说明Zr促进了ITO薄膜的晶化。
ITO和ITO ∶Zr薄膜的TEM形貌见图2。由图2可以看出:ITO ∶Zr薄膜的晶粒尺寸比ITO薄膜的大;ITO ∶Zr薄膜因其特定的取向性和较大的晶粒尺寸,衍射斑点具有一定的分散性,表现为有限晶粒衍射斑点的叠加。
图3为ITO和ITO ∶Zr薄膜在室温和400 ℃衬底温度下的透射光谱。同时,测得ITO薄膜室温和400 ℃衬底温度下的方阻分别为260.12,10.80 Ω/cm2,而ITO ∶Zr薄膜室温和400 ℃衬底温度下的方阻分别为91.65,10.10 Ω/cm2。通过薄膜方阻和可见光区(300~800 nm)的透过率可发现,Zr的掺杂使得ITO薄膜的光电性能得到了改善。
2.2 薄膜的电学稳定性
图4为2种薄膜在3种介质中浸泡时,△R/R随浸泡时间的变化。从图4可以看出:浸泡时间不长时,薄膜的电阻变化不大,这是由于表面的氧化物或腐蚀产物会阻止腐蚀的进行,随着浸泡时间的延长,形成的腐蚀产物慢慢溶解剥落在腐蚀液中,导致其保护作用减弱,薄膜中开始形成腐蚀孔洞,电阻开始增大;前12 h内,2种薄膜在NaCl和Na2SO4溶液中的△R/R值变化不大,随着浸泡时间的延长,△R/R缓慢上升,但仍明显低于HCl溶液中的,说明薄膜在海洋和工业性气候环境中比在酸性环境具有更好的电学稳定性,在工业性气候环境中的最优;3种介质中,ITO ∶Zr薄膜的△R/R均小于ITO薄膜,说明ITO ∶Zr薄膜比ITO薄膜具有更好的电学稳定性。
2.3 薄膜的耐腐蚀性
2.3.1 电化学性
图5为2种薄膜在3种介质中的动电位极化曲线,电化学腐蚀参数见表1。2种薄膜具有相似的极化行为,发生了自钝化,形成了稳定的钝化膜,这是薄膜具有高耐腐蚀性的重要原因。2种薄膜在NaCl和Na2SO4溶液中的致钝电位和钝化电流密度小于其在HCl溶液中的,说明薄膜在NaCl和Na2SO4溶液中比在HCl溶液中具有更好的耐腐蚀性能。薄膜在Na2SO4溶液中比在NaCl溶液中的致钝电位更低,钝化电流密度更小,耐腐蚀性更强,这主要是由于Cl-比SOundefined的穿透能力更强。在HCl溶液中,2种薄膜均存在2个致钝电位,这是由于随着电压的加大,初始钝化膜快速破坏而自发生成二次钝化膜。ITO薄膜中占主要成分的金属元素一般都会形成相对稳定的氧化物,在初始钝化膜被酸性离子快速破坏后,薄膜表面易于修复而自发生成二次钝化膜,因此选择最右侧钝化电位区域的特征作为材料腐蚀速率的判据。与ITO薄膜相比,ITO ∶Zr薄膜的致钝电位和钝化电流密度减小,耐腐蚀性能有所提高。掺杂形成的钝化膜对薄膜内层具有更好的保护作用。掺杂原子氧化物易在试样表面形成特别的阻挡层,可以有效阻挡溶液中的离子向内部的扩散和金属离子向溶液的扩散,从而抑制薄膜溶解,因此其耐腐蚀性更好。
2.3.2 腐蚀形貌
2种薄膜在3种介质中极化试验后的表面SEM形貌见图6。HCl介质中:2种薄膜表面均出现腐蚀剥落,形成了较多的孔洞和凹坑; ITO薄膜表现为表面膜层整层严重腐蚀剥落,出现了大块的剥落现象;ITO ∶Zr掺杂薄膜表面的化学冲击破坏程度要轻,没有出现大块剥落,只有点蚀性的腐蚀剥落,点蚀孔的边缘也显得相对光滑。NaCl和Na2SO4介质中:ITO薄膜存在一定的剥落现象,ITO ∶Zr薄膜出现了点蚀,但剥落和点蚀没有在酸环境中那样严重;对比掺杂和未掺杂薄膜可以发现,ITO薄膜厚度减小较明显,表面异质体较多,有大量的黑色和黄褐色的腐蚀产物和腐蚀坑。
3 结 论
(1)Zr的掺杂改善了ITO磁控溅射薄膜的晶体结构、表面形貌和光电性能,导致薄膜向(400)晶面择优取向转变。
(2)通过薄膜在3种模拟环境中的相对电阻变化△R/R得出,ITO ∶Zr薄膜比ITO薄膜具有更好的电学稳定性。
(3)薄膜在3种模拟环境中都能发生自钝化,在海洋和工业环境中比在酸性环境中具有更好的耐腐蚀性能,工业环境中的最好;ITO ∶Zr薄膜比ITO薄膜的耐腐蚀性能更好。
参考文献
[1]Besbes S,Ouada H B,Davenas J,et al.Effect of surfacetreatment and functionalization on the ITO properties forOLEDs[J].Materials Science and Engineering C,2006,26(2/3):505～510.
[2]姚平,刘洪珠,王承遇.热处理对ITO膜化学稳定性的影响[J].中国玻璃,1998,23(5):11～14.
[3]Lackner J M.Industrially-styled room-temperature pulsedlaser deposition of ZnO:Al films[J].Thin Solid Films,2006,494(1/2):302～306.
[4]Suzuki M,Maeda Y,Muraoka M,et al.ITO filmssputter-deposited using an ITO target sintered with vana-dium oxide additive[J].Materials Science and Engineer-ing B,1998,54(1/2):43～45.
[5]Otto J G,Tao Y,Everett E C.Effect of aluminum dopingon the high-temperature stability and piezoresistive re-sponse of indium tin oxide strain sensors[J].Thin SolidFilms,2005,476(2):344～351.
[6]Hsu C,Lee J,Meen T,et al.Preparation and character-ization of Ni-indium tin oxide cosputtered thin films fororganic light-emitting diode application[J].Thin SolidFilms,2005,474(1/2):19～24.