直流磁控溅射功率对ITO薄膜光电学性能的影响
磁控溅射法制备 ITO薄膜的结构及光电性能
第32卷 第2期2009年4月电子器件Chinese J ournal Of Elect ron DevicesVol.32 No.2Ap r.2009Microstru ctu re and Optoelectrical P erform ance of IT O Film by DC M agnetron SputteringGU I T ai 2long3,W A N G Gang ,Z H A N G X i u 2f ang ,L I A N G Dong(A p plied S cience College ,H arbin Univ.S ci.Tech.,Harbin 150080,China )Abstract :By direct current magnet ron met hod using indium oxide target (ITO ,In 2O 3:SnO 2=90:10,wt %),highly t ransparent and co nductive ITO could be successf ully on glass subst rate at 100℃.The crys 2tal st ruct ure and surface shape of t he film are analyzed by XRD ,SEM and A FM.The light t ransmittance and resistance are measured by W GD 23and ZS 282.St udy splash power to t he t hin film deeply t he influence of t he light rate.The result manifest t hat t he resistance declines along wit h t he increment of t he splash power.The light t ransmittance is obviously improved after annealing.To t he p urple light dist rict of t he 360nm -380nm ,t he light t ransmittance attains lowest.To t he red light dist rict of t he 760nm -800nm ,t he light t ransmittance attains highest.K ey w ords :indium tin oxide (ITO );t hin film ;DC magnet ron sp uttering ;t ransmissivity ;microst ruct ure ;op 2toelect rical performance EEACC :4250;0520磁控溅射法制备ITO 薄膜的结构及光电性能桂太龙3,汪 钢,张秀芳,梁 栋(哈尔滨理工大学应用科学学院,哈尔滨150080)收稿日期:2008211217基金项目:黑龙江省自然科技基金资助(E200809);黑龙江省教育厅科技项目资助(11511091)作者简介:桂太龙(19522),男,教授,从事光电功能材料与器件的研究,guitl1952@ ;汪 钢(19832),男,哈尔滨理工大学微电子专业硕士摘 要:本文采用直流磁控溅射法在基板温度100℃、100%Ar 气氛中制备了光电性能优良的铟锡氧化物(In 2O 3:SnO 2=90:10,质量百分比)薄膜。
磁控溅射镀膜工艺参数对薄膜性能影响
磁控溅射镀膜工艺参数对薄膜性能影响一、磁控溅射镀膜技术概述磁控溅射技术，作为一种先进的物理气相沉积技术，广泛应用于薄膜制备领域。
该技术通过在高真空环境中，利用磁场和电场的共同作用，使得靶材表面产生等离子体，靶材原子或分子被激发并溅射出来，随后沉积在基底上形成薄膜。
磁控溅射技术因其高沉积速率、良好的膜厚均匀性、较低的沉积温度以及能够制备高纯度薄膜等优点，被广泛用于制备各种高性能薄膜材料。
1.1 磁控溅射技术的原理磁控溅射技术的核心原理是利用磁场对等离子体中的电子进行约束，形成所谓的“磁镜效应”，使得电子在靶材表面附近形成高密度区域，从而提高溅射效率。
在溅射过程中，靶材原子或分子被等离子体中的离子撞击而逸出，并在电场的作用下飞向基底，沉积形成薄膜。
1.2 磁控溅射技术的应用磁控溅射技术在多个领域有着广泛的应用，包括但不限于：- 光学薄膜：用于制射镜、增透膜、滤光片等。
- 电子器件：用于制备半导体器件中的绝缘层、导电层等。
- 装饰镀膜：用于制备各种装饰性金属膜。
- 耐磨镀膜：用于提高材料表面的硬度和耐磨性。
二、磁控溅射镀膜工艺参数磁控溅射镀膜工艺参数对薄膜的性能有着决定性的影响。
这些参数包括溅射功率、溅射气压、溅射气体种类、溅射时间、基底温度等。
通过精确控制这些参数，可以优化薄膜的物理、化学和机械性能。
2.1 溅射功率对薄膜性能的影响溅射功率是影响薄膜性能的关键因素之一。
溅射功率越高，靶材表面的等离子体密度越大，溅射速率也越高。
然而，过高的溅射功率可能导致薄膜内部产生较多的缺陷，如气泡、晶格畸变等，从而影响薄膜的性能。
因此，选择合适的溅射功率对于获得高质量的薄膜至关重要。
2.2 溅射气压对薄膜性能的影响溅射气压同样对薄膜性能有着显著的影响。
较低的溅射气压有利于提高薄膜的致密性，减少薄膜内部的孔隙率，但过低的气压可能导致薄膜生长过程中的原子迁移率降低，影响薄膜的均匀性。
相反，较高的溅射气压可以增加薄膜的沉积速率，但可能会降低薄膜的致密性。
磁控溅射溅射功率的影响
磁控溅射溅射功率的影响
磁控溅射是一种常用的薄膜沉积技术，通过在真空环境中利用
磁场控制金属靶材的溅射，将金属原子沉积到基底表面上，形成薄膜。
而溅射功率即是指溅射过程中靶材所受的能量，它对薄膜沉积
过程有着重要的影响。
首先，溅射功率的大小直接影响着薄膜的成分和结构。
在磁控
溅射过程中，溅射功率的增加会导致靶材表面温度升高，从而影响
靶材表面原子的溅射速率和能量分布，进而影响薄膜的成分和结构。
因此，控制溅射功率是调控薄膜成分和结构的重要手段。
其次，溅射功率的变化也会影响薄膜的质量和性能。
适当的溅
射功率可以促进薄膜的致密化和结晶化，提高薄膜的结合力和硬度，同时也有利于提高薄膜的光学、电学等性能。
然而，过高或过低的
溅射功率则可能导致薄膜中存在缺陷或应力过大，影响薄膜的质量
和性能。
最后，溅射功率的调控还与薄膜沉积速率和均匀性有关。
适当
的溅射功率可以实现较高的沉积速率和较好的薄膜均匀性，提高生
产效率和薄膜质量。
但是，过高的溅射功率可能导致靶材过早损耗，
而过低的溅射功率则可能影响沉积速率和薄膜均匀性。
综上所述，磁控溅射功率的大小直接影响着薄膜的成分、结构、质量和性能，以及沉积速率和均匀性。
因此，在实际应用中，需要
根据具体材料和工艺要求，合理调控溅射功率，以实现所需的薄膜
性能和质量。
磁控溅射制备ITO薄膜光电性能的研究
磁控溅射制备ITO薄膜光电性能的研究马卫红，蔡长龙（西安工业大学光电工程学院，陕西西安710032）摘要：采用直流磁控溅射方法在玻璃基底上制备了ITO薄膜。
分别用分光光度计和四探针仪测试了所制备ITO薄膜在可见光区域内的透过率和电阻率，研究了溅射气压、氧氩流量比和溅射功率三个工艺参数对ITO薄膜光电性能的影响。
研究结果表明，制备ITO薄膜的最佳工艺参数为：溅射气压0.6Pa,氧氩流量比1:40，溅射功率108W。
采用此工艺参数制备的ITO薄膜在可见光区平均透过率为81.18%，薄膜电阻率为8.9197×10-3Ω·cm。
关键词：直流磁控溅射；ITO薄膜；工艺参数；光电特性中图分类号:TN304.055文献标识码:A文章编号：1002-0322（2011）06-0018-03Study of photoelectrical properties of ITO thin films prepared bymagnetron sputteringMA Wei-hong,CAI Chang-long(School of the optoelectrical engineering,Xi'an Technological University,Xi'an710032,China)Abstract:ITO thin films were prepared on glass substrates by DC magnetron sputtering technology.The transmittance in visible region and resistivity of the ITO films was tested by spectrophotometer and four-probe instrument,respectively.The effects of sputtering pressure,oxygen-argon flow ratio and sputtering power on the photoelectrical properties of ITO thin films were investigated.The results show that,the optimum process parameters for ITO film deposition are:sputtering pressure of 0.6Pa,oxygen-argon flow ratio of1:40,and sputtering power of108W,respectively.The average transmittance in the visible region of the prepared ITO films is81.18%,and the resistivity is8.9197×10-3Ω·cm.Key words:DC magnetron sputtering;ITO thin film;process parameters;photoelectric properties由于ITO膜高电子浓度和高禁带宽度，使其不仅具有高的电导率，而且具有高的可见光透过率[1,2]。
磁控溅射功率对Ti掺杂ZnO薄膜结构和光电性能的影响
磁控溅射功率对Ti掺杂ZnO薄膜结构和光电性能的影响李园;黄美东;张建鹏;杨明敏;高倩【摘要】为了深入研究Ti掺杂ZnO薄膜的光电性能,采用射频磁控溅射技术在硅和玻璃基底上沉积Ti掺杂ZnO(TZO)薄膜.分别利用表面轮廓仪、X线衍射(XRD)、扫描电子昱微镜(SEM)、UV-3600分光光度计和HMS-2000霍尔效应测试系统等表征手段分析溅射功率对TZO薄膜微观结构及光电性能的影响.结果表明:溅射功率对薄膜样品沉积速率的影响呈现先升后降的趋势,对电阻率的影响正好相反.当溅射功率为100W时,薄膜的沉积速率最大,为7.96 nm/min,此时电阻率为最小的1.02×10-3 Ω·cm;所有TZO薄膜在可见光波段的平均透过率均高于80％,为透明导电薄膜.Ti掺杂后的ZnO薄膜仍为六角纤锌矿结构,具有良好的c轴择优取向,溅射功率为100W时其微观结构均匀、平整、致密,表面形貌最好.【期刊名称】《天津师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(036)005【总页数】5页(P28-32)【关键词】射频磁控溅射;溅射功率;Ti掺杂TZO薄膜(TZO);光电性能【作者】李园;黄美东;张建鹏;杨明敏;高倩【作者单位】天津师范大学物理与材料科学学院,天津300387;天津师范大学物理与材料科学学院,天津300387;天津师范大学物理与材料科学学院,天津300387;天津师范大学物理与材料科学学院,天津300387;天津师范大学物理与材料科学学院,天津300387【正文语种】中文【中图分类】O436由于具有在可见光波段透过率高、电阻率低等特点，透明导电薄膜（TCO）在平板显示、太阳能电池等相关领域具有广阔的发展空间.现有的TCO薄膜依其组分不同可分为金属薄膜、透明导电氧化物薄膜和化合物薄膜，其中以透明导电氧化物占主导.ZnO薄膜就是一种重要的透明导电氧化物薄膜[1].研究人员发现以ZnO为代表的半导体材料在高温条件下依然可以表现出优良的性能，并且以此材料为基础成功研制了高频率蓝光LED，这标志着半导体材料的发展达到一个新高度[2].ZnO属于直接带隙n型半导体，由于其光学特性与禁带宽度（3.3eV）密切相关，而可见光的能量最大值约为3.1eV，不能使ZnO薄膜在可见光范围内发生本征激发，所以ZnO薄膜在可见光范围内透过率很大[3].此外，ZnO薄膜在可见光范围的透过率受制备工艺的影响很大，其在360～760 nm的可见光范围内平均透过率高于80%.ZnO薄膜的宽禁带特性和在可见光波段的高透过率使其有望替代掺锡氧化铟（ITO）成为薄膜太阳能电池的材料之一[4].为了获得高透过率、低电阻率的ZnO薄膜，最直接的办法是对ZnO进行掺杂处理.目前，有关ZnO透明导电薄膜的研究热点之一是通过掺入少量Al、Ga、Cu、Mg、Li或Nb等元素有效提高其光电性能，其中关于Al掺杂ZnO薄膜的研究比较深入，在某些领域Al掺杂ZnO薄膜已经可以替代ITO投入市场[5]，这是因为用比ZnO晶体结构半径小的原子进行掺杂易于产生原子取代，而Al3+半径（0.053 nm）比Zn2+半径（0.072 nm）小，掺杂时Al3+可取代部分Zn2+进入晶格中.当1个Zn2+被Al3+替代时，相当于给薄膜多提供1个自由电子，从而提高了薄膜的自由电子浓度.同时，薄膜中Zn与O的原子比例保持不变，变相导致薄膜中氧离子的缺失，这进一步增强了薄膜的导电性能.钛（Ti）也是一种高价态金属，主要以Ti4+形式存在，当其替代ZnO薄膜中的Zn2+后，可以使薄膜的导电性得到更加有效的提高[6].目前，关于Ti掺杂ZnO薄膜的研究报导还较少，作为一种新兴的研究对象，TZO薄膜具有可与ITO薄膜比拟的光学和电学性质，且具有原料丰富、价格低廉和无毒性等优点.同时，Ti掺杂ZnO薄膜具有比AZO薄膜更优越的导电性能，值得进一步的研究[7].此外，Ti4+在薄膜中比Al3+多提供1个自由电子，可以使TZO薄膜较AZO薄膜具有更好的导电性能[8].因此本研究利用射频磁控溅射法制备Ti掺杂ZnO薄膜（Ti∶ZnO，TZO薄膜），分析溅射功率对TZO薄膜微观结构和光电性能的影响.使用FJL560C12型射频磁控溅射系统制备Ti掺杂ZnO薄膜.实验前，先将基底Si 片和K9抛光玻璃分别放入装有无水乙醇的烧杯中，在超声波清洗机中振荡清洗15 min，其中玻璃基底用于测量光学性能，Si基底用于结构和电学性能测量.实验采用靶材为高纯（99.99%）Zn靶（直径为60mm，厚度为4 mm），将长为6 cm、直径为0.35 mm的Ti丝置于锌靶上，反应气体为高纯（99.99%）氩气和氧气.镀膜前腔室真空度达到4.0×10-4Pa，通入氩气，调节气压使腔室气压稳定在6 Pa，并在300 V负偏压下进行辉光清洗.待清洗结束后，将气压降至约1～2 Pa，按照设定的溅射功率进行镀膜，镀膜过程中的具体参数设定如表1所示.在前期研究工作的基础上[9]，使用XPS测试其掺杂量，发现掺杂质量分数为3%时，样品的电学性能较好，所以本研究中所有样品的Ti掺杂量均为3%.采用SU8000型高分辨发射扫描电镜（SEM）对样品的表面形貌进行分析；薄膜的物相结构通过D/ MAX-2500型X线衍射仪测量，采用Cu Kα射线，2θ= 20°～60°，扫描速率为5°/min，工作电压为30 kV，工作电流为40 mA；薄膜的物质组成由VG ESCALAB MKⅡ型XPS测试，光学性能通过UV3600型紫外-可见分光光度计（UV/VIS）光学测试系统测量；电学性能利用HMS-2000型霍尔效应电学测试系统测量.2.1 沉积速率使用XP-2型表面轮廓仪测得不同功率下样品薄膜的厚度，其与沉积时间的比值即为沉积速率v=l/t，其中l为薄膜厚度（nm），t为沉积时间（min）.图1为TZO 薄膜沉积速率随溅射功率的变化情况.由图1可以看出，薄膜的沉积速率随溅射功率的增大先增后降.功率较小时，有效激发出来的靶材原子的能量较小，能够顺利到达基底并参与沉积成膜的原子也较少，因而沉积速率较低.随着溅射功率逐渐增大，可以顺利达到基底表面参与成膜的靶材原子逐渐增多，单位时间内生长的薄膜厚度增大，沉积速率增大.当溅射功率为100 W时，薄膜沉积速率达到最大的7.96 nm/min.当溅射功率进一步增大时，沉积速率几乎不增加甚至略微降低，表明当溅射功率增大到120 W时，电离得到的离子具有很高的能量，离子打入靶材的深度增加，能量损失增加，造成被溅射原子的逸出难度增加，靶材原子不易逸出，导致沉积速率降低[10].此外，由于溅射功率的增加，溅射时产生的二次电子增多，这对基体会产生一定的加热作用，导致基体上沉积的TZO基团挥发，也会降低沉积速率[11].2.2 微观结构图2为不同溅射功率下沉积所得TZO薄膜的XRD图像，其中图2（a）的2θ范围为20°～60°，图2（b）为衍射角2θ为32°～34.5°时XRD结果的局部放大图. 由图2（a）可以看出，所有样品的XRD图谱均在2θ为34°附近出现了很强的衍射峰，此衍射峰与本征氧化锌（002）晶面对应的衍射峰相吻合，表明薄膜样品均为具有良好c轴择优取向的六角纤锌矿结构的多晶薄膜；此外，衍射谱中没有出现二氧化钛的衍射峰说明钛离子已进入氧化锌晶格中，以替位形式存在，掺杂并没有改变氧化锌的晶体结构，掺杂成功，这是由于钛离子半径小于锌离子半径，很容易进入氧化锌晶格中成为替位原子.由图2（b）可以看出，不同的溅射功率所对应的TZO薄膜结构存在明显差异：溅射功率为100 W时，样品的衍射峰最强，偏移本征氧化锌特征峰的2θ值（33.90°）最少，说明该薄膜的结晶度最好，晶格畸变最小；增加或减小此溅射功率，衍射峰峰强减弱，偏离本征氧化锌特征峰的2θ值（33.90°）较远，说明晶格发生畸变，结晶度有所减弱.2.3 表面形貌不同溅射功率下所得样品的SEM图如图3所示.由图3可以看出，4个样品均结晶良好、晶粒分布均匀、排列紧密.此外，当溅射功率较低时，薄膜表面出现少量暗斑，这些暗斑是由于薄膜存在凹陷造成二次电子轰击表面时接收信号不足而引起的[12]；功率增大到100 W时，表面晶粒明显变大，没有明显暗斑和大颗粒，整体排布均匀、平整、致密；功率继续增大到120 W时，薄膜表面再次出现较大面积的暗斑，晶粒排列较乱、不整齐.造成这种现象的原因是功率较低时，氩离子轰击后逸出的靶材原子动能较小，到达基底表面后所剩动能不足以使其均匀扩散到基底表面，导致薄膜表面迁移率较小，造成表面凹凸不平[13].随着功率的增大，薄膜表面迁移率随之提高，表面的均匀性和平整度得到改善，凹坑和缺陷相应减少.但溅射功率过大时，高能量的氩气离子会对已经沉积好的表面粒子产生损伤，导致晶粒排列不整齐，造成薄膜表面出现大面积暗斑.2.4 成分分析利用X射线光电子谱仪对不同溅射功率下沉积所得ZTO薄膜样品进行表面成分分析，结果如图4所示.图4中可以清楚地看到Ti、O、Zn和C所对应的光电子峰，其中C元素为X射线光电子能谱仪本身的油分子污染.由XPS标准手册可知，Ti2p峰主要由458.0 eV 和464.1 eV 2个孤立峰组成，分别与Ti2p3/2、Ti2p1/2相对应，这表明不同溅射功率下沉积所得ZTO薄膜的Ti均以+4价存在，且经过高斯拟合后可以计算得到Ti的质量掺杂含量为0.79%.2.5 透射图谱图5为不同溅射功率下沉积所得TZO薄膜的透射图谱.图5为不同溅射功率下沉积所得TZO薄膜的透射光谱，图中被放大部分为波长为350～400 nm的透射图谱.由图5可以看出，全部样品在可见光区域的透过率均超过80%，达到透明导电薄膜的光学透明要求.溅射功率为100 W时样品平均透过率最大，这主要是因其薄膜结晶度好，表面光滑平整致密，降低了薄膜对光的散射和吸收.但是透过率曲线在380 nm附近急速下降，呈现出一个基本截止的本征吸收边，本征吸收过程光子能量要满足hν≥Eg，溅射功率对薄膜在可见光区域的平均透过率的影响主要由薄膜内部晶体结构的缺陷引发.放大部分图谱后可知，随着溅射功率的变化，样品的吸收边产生微小的移动（先红移后蓝移），说明晶体的光学带隙先减小后增大[14].溅射功率为100 W时，制备所得薄膜晶粒较大，薄膜致密，缺陷浓度和缺陷开空间相对较小，对载流子的俘获较小，因而载流子浓度较大；同时，100 W功率下溅射出的含钛靶粒子到达衬底时能量较大，等于或接近替代能，导致较多数量的钛原子进入氧化锌晶格中替换锌原子，从而释放出更多的自由电子，促使载流子浓度进一步增强.较大的载流子浓度造成导带中最低能级被大量载流子占满，引起Burstein-Moss[15]位移效应，即费米能级进入导带，本征光吸收边就会向短波方向移动，光学带隙增大.2.6 电学性能薄膜的电阻率、载流子浓度以及载流子迁移率由HMS-2000霍尔效应测试系统测出，其原理主要依据霍尔效应及范德堡法则.先用银浆在正方形的薄膜的表面制作4个欧姆接触点，用范德堡法测得薄膜方块电阻，依据膜厚即可得到电阻率；再对薄膜进行霍尔测试，由霍尔系数得到载流子浓度和迁移率.图6即为不同溅射功率下沉积所得ZTO薄膜的电阻率和载流子浓度与溅射功率的关系图.由图6可以看出，溅射功率对薄膜的电阻率和载流子浓度的影响非常明显.随着溅射功率的增加，TZO薄膜的电阻率呈现出先降后升的趋势.这是由于每个Zn原子被Ti原子取代时，都会产生2个多余的自由电子，破坏了原有的化学计量比，形成自由载流子，导致薄膜电阻率急速减小.但掺杂离子在氧化物中的浓度是有限的[16]，掺杂粒子过多会导致粒子色散作用增强，从而降低自由载流子的迁移率，造成曲线反向增加.随着溅射功率的增加，TZO薄膜中载流子浓度呈现出先升后降的趋势，这是由于薄膜中载流子主要源于氧缺位以及多余的电子，但掺杂离子在氧化物中溶解有限，过多的掺杂粒子会导致粒子色散作用增强，影响自由载流子迁移率，造成载流子浓度下降.总之，溅射功率为100 W时，薄膜电阻率最低为1.02× 10-3Ω·cm，此时导电性能最优.在Si基片和玻璃上采用射频磁控溅射法在不同溅射功率下沉积TZO（掺钛氧化锌）薄膜，并对TZO薄膜的沉积速率、微观结构、表面形貌、光电特性与溅射功率间的关系进行分析，结果表明：（1）薄膜的沉积速率随着溅射功率的增大表现出先升后降的趋势，沉积速率最大为7.96 nm/min.所有样品的晶格结构均为六角纤锌矿结构，其中（002）晶面衍射峰相对强度最大，说明c轴择优取向性最强，薄膜整体排布均匀、平整、致密，表面的均匀性和平整度最好.（2）在合适的溅射功率下掺杂Ti可以有效提高薄膜在可见光范围的透过率，降低氧化锌薄膜的电阻率.实验中，电阻率随溅射功率的增大表现出先减小后增大的趋势，当溅射功率为100 W时，电阻率最低为1.02×10-3Ω·cm.所有样品在可见光范围内的平均透过率均达到80%以上，为透明导电薄膜.（3）在本研究实验参数下，功率为100 W时TZO薄膜的光电综合性能最优.【相关文献】[1]钟志有，张腾，顾锦华，等.磁控溅射沉积掺锡氧化铟透明导电膜的光电性能研究[J].人工晶体学报，2014，4（23）：134-141. 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磁控溅射ITO薄膜结构和性能的研究
磁控溅射ITO薄膜结构和性能的研究陈晨;杨洪星;唐文虎【期刊名称】《电子工业专用设备》【年(卷),期】2014(0)10【摘要】利用中频脉冲磁控溅射工艺制备ITO薄膜，研究了在衬靶间距为60mm、衬底温度为350℃、溅射功率为120W、溅射气压为0.2Pa的条件下，氧氩比(O2/Ar)、溅射时间对ITO薄膜表面形貌、膜厚、沉积速率及光电性能的影响。
通过实验和分析，最终确定了在玻璃衬底上制备ITO薄膜的最佳氧氩比和溅射时间：氧氩比为0.4：40，溅射时间为45min，获得了方阻为2.55Ω/□,电阻率为1.46×10-4Ω·cm ，可见光范围内平均透过率为81.2%的薄膜。
%The effects of sputtering time and proportion of oxygen and argon gas on properties of ITO thin films deposited by Mid-Frequency Pulsed Magnetron Sputtering were investigated while the substrat tem perature was350 ℃, sputtering power was 120W and sputtering pressure was 0.2 Pa.Through experim ents and analysis, the optimum sputtering time and proportion of oxygen and argon gas of depositing ITO thin lms was achieved:proportion of oxygen and argon gas is 0.4:40 and the sputtering time is 45min. High quality ITO thin films with the sheet resistance of2.55 Ω/□, the resistivity of 1.46x10-4 Ω·cm and the optical transm ittance of 81.2 % in the visible spectrum range w ere obtained.【总页数】6页(P8-13)【作者】陈晨;杨洪星;唐文虎【作者单位】中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津300220;中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津300220;中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津300220【正文语种】中文【中图分类】TN304.055【相关文献】1.磁控溅射制备CrNx薄膜及其结构和性能研究 [J], 田俊红2.氧分压对直流磁控溅射铟锡氧化物(ITO)导电薄膜结构和性能的影响 [J], 吴茵;廖红卫;陈曙光;陈建兵3.磁控溅射法制备柔性大尺寸ITO薄膜的研究 [J], 霍林智; 朱小宁; 魏立帅; 李浩洋; 王璐; 高阳; 李海涛; 田占元4.电感耦合等离子体(ICP)辅助射频磁控溅射沉积ZrN薄膜的结构和性能研究 [J], 刘峰;孟月东;任兆杏;沈克明;舒兴胜5.Ar气氛下直流磁控溅射ITO薄膜的结构和性能 [J], 职利;徐华蕊;周怀营因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
直流反应磁控溅射法制备二氧化钛薄膜的光响应
直流反应磁控溅射法制备二氧化钛薄膜的光响应1简介二氧化钛（TiO2）是一种广泛应用于太阳能电池、光催化和水处理等领域的半导体材料。
为了提高其性能，制备高质量的TiO2薄膜是重要的研究方向之一。
直流反应磁控溅射法（DC Reactive Magnetron Sputtering）是一种制备高质量TiO2薄膜的有效方法。
本文将重点介绍二氧化钛薄膜使用该方法制备后的光响应性能。
2直流反应磁控溅射法制备二氧化钛薄膜直流反应磁控溅射法是一种常见的化学气相沉积方法，能够生长具有高结晶度、低缺陷密度和优异光学性能的TiO2薄膜。
其制备过程中，较稳定的Ti目标与氧气混合气体在反应腔室内相互作用，形成一层致密的TiO2薄膜。
通常，在300至400°C的温度下进行制备。
通过改变反应气氛中的含氧量和反应温度等条件，可以控制TiO2薄膜的结构和光学性能。
3二氧化钛薄膜的光响应性能二氧化钛薄膜在光学和光电学领域中具有广泛的应用。
在制备的二氧化钛薄膜中，晶体的晶格常数、晶体结构和晶体缺陷对其光学性能影响显著。
TiO2薄膜中纤锌矿型与金红石型之间的转变会影响其吸收能力和能带结构，因此会进一步影响薄膜的光电性能。
经过实验观察发现，通过直流反应磁控溅射法制备的TiO2薄膜具有良好的光响应性能。
在紫外可见光谱和X射线衍射图样分析中，可以明显观察到样品具有非常强的吸收能力，证明了制备出的薄膜具有良好的电导性和阳极化单元。
4结论综上所述，直流反应磁控溅射法是制备Titanium dioxide（TiO2）薄膜的一种有效方法。
经过该方法制备的TiO2薄膜具有良好的光响应性能。
未来的研究可以针对制备方法进行深入研究，以进一步提升TiO2薄膜的性能。
直流磁控溅射法制备ito薄膜的研究
直流磁控溅射法制备ito薄膜的研究
直流磁控溅射法是一种制备ITO薄膜的常用方法。
ITO薄膜是一种透明导电薄膜，具有优异的光学和电学性能，广泛应用于平板显示器、太阳能电池、触摸屏等领域。
该方法的制备过程是在真空条件下，将ITO靶材表面的原子通过氩离子轰击而释放出来，然后在基底表面沉积形成薄膜。
在制备过程中，氩离子的能量和流量、靶材的温度和纯度、基底的形状和材料等因素都会影响薄膜的性能。
研究表明，直流磁控溅射法制备的ITO薄膜具有较高的透明度和导电性能，且薄膜厚度均匀、致密度高、结晶度好。
同时，该方法具有操作简便、成本低廉、生产效率高等优点。
然而，该方法也存在一些问题。
例如，靶材表面的氧化物会影响薄膜的导电性能，因此需要采取一些措施来减少氧化物的影响。
此外，氩离子轰击靶材表面会产生热量，导致靶材温度升高，从而影响薄膜的性能。
因此，需要控制氩离子的能量和流量，以及靶材的温度。
总之，直流磁控溅射法是一种制备ITO薄膜的有效方法，具有广泛的
应用前景。
未来，我们可以通过进一步的研究和改进，进一步提高薄膜的性能和稳定性，以满足不同领域的需求。
磁控溅射法制备晶格大尺寸的ITO薄膜
０ 引言ITO的主要成分为 In2O3和SnO2，是一种宽禁带高透明的N型半导体材料。
其禁带宽度3.5 eV~4.3 eV，电子迁移率4.3eV15~45cm2V-1S-1，在可见关波段的光透过率＞85%上，对短波紫外线具有很强的光吸收率能力，而对长波红外线其反射率＞80%，根据材料的性能，ITO薄膜被广泛运用在各类晶体管、平面显示器、太阳能电池、电致变色器件等产业[1-3]。
ITO薄膜以氧化铟为基底材料，SnO2中的锡离子一般条件下最大固溶度仅为6%，而在制成薄膜产品后，锡离子比例能够达到39%，溶度超出时锡成分会被析出[4]。
目前市场上主要采用磁控溅射法、激光脉冲法、等离子体辅助沉积法、气相沉积法、溶胶凝胶法等制备ITO薄膜[5]。
该文主要采用高真空射频磁控溅射方法，可快速有效沉积大面积ITO薄膜，然后用快速升降温熔合方法（RTA）为ITO薄膜提供一个好的氛围，重排RTA的晶格，可得到产品需求的薄膜质量（如缺陷少、晶格大、透过率高的薄膜）。
１ 实验仪器和方法采用瑞士Evatec磁控溅射机台，制备ITO导电膜，靶材选用In2O3和SnO2比例9∶1纯度99.99%的ITO陶瓷靶，在镀膜过程中靶材和衬底的间距为120 mm，镀膜真空为7.0×10-4 Pa，溅射温度25 ℃，高纯氩气流量25 sccm~100 sccm，溅射射频功率0.3 kW~0.95 kW ，直流功率0.1 kW~0.4 kW。
快速退火设备采用了技鼎科技的RTA机台快速退火，将ITO晶格重排使晶体透过率高电阻率小，薄膜厚度量测采用了N&K多功能薄膜分析仪，采用富丞光电四针电阻计测量薄膜的电阻率，薄膜的透射光谱用安捷伦Cary 5000光谱仪进行检测，薄膜表面形貌采用扫描电子显微镜 （SEM）进行表征。
２ 结果与讨论２．１ 直流溅射功率对ＩＴＯ薄膜的影响实验研究直流溅射功率对ITO薄膜的性质的影响，制备过程中不通氧气，不开射频，氩气流量为100 sccm，腔体沉积温度为常温。
直流磁控溅射ITO薄膜特性研究
直流磁控溅射ITO薄膜特性研究张继凯*，张思凯，黄常刚，吴洪江，袁剑峰（1.北京京东方显示技术有限公司，北京，100176，E-mail：zhangjikai@）摘要：ITO薄膜由于具有良好的光电特性而广泛应用于液晶显示器中，尤其在扭曲向列（TN）型显示模式中更为重要。
本文利用直流磁控溅射技术在不同成膜温度，氧氩比和热处理条件下进行了ITO膜的沉积，并使用多功能检查仪和薄膜应力计分别对ITO的面电阻，透过率以及表面应力进行了测量。
通过比较实验结果，得到ITO薄膜沉积的最优工艺条件：工作气压为0.5Pa，沉积温度为120℃/120℃，氧氩比为0.55%，Oven温度为230℃，时间为20Min。
关键词：液晶显示器；直流磁控溅射；氧化铟锡薄膜；方块电阻；透过率；薄膜应力中图分类号：TN141.9Study on Properties of ITO Films Deposited by DCMagnetron SputteringZhang Ji-kai, Zhang Si-kai, Huang Chang-gang, Wu Hong-jiang, Yuan Jian-feng (1．Beijing BOE Display Technology Co.Ltd,Beijing,100176,China,E-mail:zhangjikai@)AbstractITO thin films are widely used as transparent electrodes in a large variety of LCD，especially in TN mode, for its excellent optical and electrical properties. In this paper, ITO films were deposited by DC magnetron sputtering at different temperature,O2/Ar ratio and annealing conditions ,Sheet resistance, transmittance and stress were measured with multiple function instrument and thin film stress meter, respectively The experimental results show that, working pressure,the optimal deposited temperature, O2/Ar ratio, annealing temperature and duration are 0.5Pa,120℃/120℃, 0.55%, 230℃and 20Min。
磁控溅射法制备ITO膜的研究
目录前言 (1)第一章ITO薄膜概述 (2)§1.1ITO薄膜的结构 (2)§1.2ITO薄膜的特性 (2)§1.3ITO薄膜的基本原理 (3)1.3.1 ITO膜的导电机理 (3)1.3.2 ITO膜的半导体化机理 (3)1.3.3 影响ITO薄膜导电性能的几个因素 (4)第二章ITO膜的制备方法 (5)§2.1ITO薄膜制备方法简介 (5)§2.2直流磁控溅射法制备ITO膜的基本原理 (6)2.2.1 磁控溅射基本原理 (6)2.2.2 气体辉光放电的物理基础 (7)2.2.3 辉光放电与等离子体 (8)第三章实验部分 (11)§3.1玻璃基片与超声清洗 (11)§3.2ITO膜制备参数的选择 (12)§3.3镀膜的工艺流程 (14)第四章检测与结果分析 (16)§4.1ITO薄膜在可见光范围内的透过率测试 (16)§4.2ITO薄膜方块电阻的测定 (18)§4.3工艺参数对透过率和方阻的影响 (19)4.3.1 靶基距的选定 (19)4.3.2 溅射时间的选定 (20)4.3.3 溅射气压的选定 (21)4.3.4 退火工艺对方阻和透过率的影响 (21)4.3.5 基片温度对方阻和透过率的影响 (23)§4.4霍耳效应 (24)§4.5X射线衍射 (26)第五章结论 (27)致谢 (28)参考文献 (29)磁控溅射法制备ITO膜的研究 1 磁控溅射法制备ITO膜的研究前言19世纪末,透明导电薄膜材料的研究刚刚起步,当时是在光电导的材料上获得很薄的金属薄膜。
经历一段很长时间后的第二次世界大战期间，关于透明导电材料的研究才进入一个新的时期，于是开发了由宽禁带的n型简并半导体SnO2材料,主要应用于飞机的除冰窗户玻璃。
在1950年，第二种透明半导体氧化物In2O3首次被制成，特别是在In2O3里掺入锡以后，使这种材料（掺锡氧化铟，即Indium Tin Oxide，简称ITO）在透明导电薄膜方面得到了普遍的应用，锡掺杂的氧化铟（ITO）透明导电膜是一种重要的光电信息材料，优良的光电特性使其在太阳电池、液晶显示器、热反射镜等领域得到广泛的应用。
溅射功率对磁控溅射ZnO∶Al(ZAO)薄膜性能的影响
文章编号:１００１Ｇ９７３１(２０１５)０８Ｇ０８０２８Ｇ０３溅射功率对磁控溅射Z n OʒA l (Z A O )薄膜性能的影响∗高立华,郑玉婴(福州大学材料科学与工程学院,福州３５０１０８)摘㊀要:㊀采用射频磁控溅射工艺,以高密度氧化锌铝陶瓷靶为靶材,衬底温度控制在室温,在玻璃基底上制备了透明导电Z n OʒA l (Z A O )薄膜.利用X 射线衍射仪(X R D )㊁原子力显微镜(A F M )㊁紫外Ｇ可见光谱仪和范德堡法,系统研究了不同溅射功率对薄膜的结构㊁形貌及光电特性的影响.结果表明,不同溅射功率对薄膜的光透射率影响不大,而对薄膜结晶和电学性能影响较大.X R D 表明薄膜为良好的c 轴择优取向;可见光区(４００~６００n m )平均透过率达到８５％以上;在１２０W 下沉积的薄膜电学性能达到了最佳.关键词:㊀Z A O 薄膜;溅射功率;方块电阻;透过率中图分类号:㊀O ４８４文献标识码:AD O I :１０．３９６９/j ．i s s n ．１００１Ｇ９７３１．２０１５．０８．００６１㊀引㊀言Z n O 及其掺杂导电薄膜研究近年来在国内外非常活跃[１Ｇ６].相对I T O 和S n O ２而言,Z n O 薄膜价格便宜,沉积温度相对较低,原材料丰富㊁无毒,耐热温度高,A l 掺杂可以使其电阻率显著降低,且在可见光区具有较高的光透过率,因此发展潜力极大.人们采用了不同的沉积方法制备Z n OʒA l (Z A O )薄膜,包括脉冲激光沉积法[７]㊁喷涂热分解法[８]㊁磁控溅射法[９Ｇ１０]以及溶胶Ｇ凝胶法[１１]等.目前得到的薄膜质量较好,光电性能较优,有望实现大批量工业化生产的制备方法是磁控溅射法.本文采用磁控溅射法,在玻璃基底上制备了透明导电Z A O 薄膜.探讨了不同溅射功率对A l 掺杂Z n O 薄膜的形貌结构及光电特性的影响.２㊀实㊀验２．１㊀样品制备选取高密度氧化锌铝陶瓷靶(其中A l ２O ３的质量分数为２％)为实验靶材,靶材的厚度为４．８mm ,靶材与基体的距离为８０~１００mm .实验中溅射气体为纯度９９．９９％的高纯氩气.反应室的本底真空度优于９．１ˑ１０－４P a.通过实验的前期摸索,把实验的衬底温度固定在常温,工作气压为２P a ,溅射时间为２．５h ,氩气流量为１８m L /m i n .实验前,玻璃衬底先用丙酮超声清洗１５m i n 除去油污,随后用蒸馏水超声清洗１０m i n,去除残留在玻璃表面的丙酮,之后放入无水乙醇超声清洗１５m i n ,接着用蒸馏水超声清洗１０m i n ,将残留在玻璃表面的无水乙醇去除,最后吹干.以达到清除靶表面的杂质和污染物,提高膜的纯度的目的.溅射功率在８０~１６０W 范围变化,每增加２０W 做一个数据点.２．２㊀样品的性能及表征用Y Ｇ２０００型号X 射线衍射仪(X R D )测定薄膜的晶体结构;用P ４７型多模式扫描探针显微镜(A F M )观察薄膜表面形貌;样品光学性能用U V ２５５０型紫外Ｇ可见光分光光度计获得,利用范德堡法测定样品的方块电阻.３㊀结果与讨论３．１㊀X 射线衍射(X R D )分析图１为不同功率下制备的Z A O 薄膜样品的X R D 图谱.图１㊀不同溅射功率下薄膜的X 射线衍射图F i g １X Ｇr a y d i f f r a c t i o n s p e c t r a o f t h r e eZ n OʒA l s a m p l e s a t d i f f e r e n t s p u t t e r i n gpo w e r ８２０８０２０１５年第８期(４６)卷∗基金项目:福建省自然科学基金资助项目(２０１２J ０１０１６)收到初稿日期:２０１４Ｇ０８Ｇ０２收到修改稿日期:２０１４Ｇ１１Ｇ１０通讯作者:郑玉婴,E Ｇm a i l :y y z h e n g＠f z u ．e d u ．c n 作者简介:高立华㊀(１９７０－),女,山东德州人,硕士,师承郑玉婴教授,从事功能材料研究.㊀㊀从图１可以看到,溅射功率分别为８０,１２０和１６０W 时,在衍射角为２θ＝３４．３５,３４．２０和３４．２５ʎ处存在对应Z n O (００２)面的强且峰形窄而尖的衍射峰,表明所沉积的Z A O 晶粒具有良好的c 轴择优取向.图中没有其它杂相出现,说明A l 掺杂没有改变Z n O 晶体的结构,表明所沉积的Z A O 薄膜具有六角纤锌矿多晶结构.表１所示为不同溅射功率下所制备样品(００２)取向衍射峰的半高宽(F WHM )及晶粒尺寸随溅射功率变化的关系.样品晶粒尺寸的计算采用S c h e r r e r 公式d ＝０．８９λ/βc o s θ其中,λ为X 射线波长(约０．１５４２n m ),θ和β分别为布拉格衍射角及半高宽,结合表１,可知溅射功率为１２０W 时晶粒尺寸较大,薄膜结晶质量较好.表１㊀半高宽(F WHM )及晶粒尺寸随溅射功率变化的关系T a b l e１F WHM a n d g r a i ns i z eo fZ A O f i l m sa saf u n c t i o no f s p u t t e r i n gpo w e r P o w e r /W F WHW /(ʎ)G r a i n s i z e /n m８００．４４１７．７４１２００．３１２７．９７１６００．４９１７．３３３．２㊀原子力显微镜(A F M )分析图２为不同溅射功率制备的Z A O 薄膜的原子力显微镜形貌图.图２㊀不同溅射功率下薄膜表面形貌的原子力显微镜图像F i g ２S u r f a c e r o u g h n e s s i m a g e s t a k e nb y A F Ma t v a r i o u s s p u t t e r i n gpo w e r ㊀㊀图２(a )Ｇ(c )为溅射功率分别为８０,１２０和１６０W 制备的Z A O 薄膜表面的A F M 图,图中显示A Z O 薄膜在溅射功率为１２０W 时,薄膜表面较为平整均匀,晶粒生长完好.测试结果显示表面粗糙度的R M S 值分别为６．６２５,５．５９８和１１．９９２n m .说明溅射功率为１２０W 时薄膜结晶相对更好,这与X 射线衍射分析结果一致.３．３㊀溅射功率对薄膜电学特性的影响由图３可以发现,当增大溅射功率时,在１００W 附近出现了一个极大值,随着功率增大,薄膜表面电阻减小,在１２０W 左右出现了一个极小值,再继续增大功率时,表面电阻随着功率的增大而增大.上述情况出现的原因,溅射功率过低,不容易起辉;当溅射功率过高时,溅射原子就具有了很高的能量,到达薄膜表面时会把已沉积在基片上的薄膜原子溅射出来,降低薄膜的质量.结果表明Z A O 膜的方块电阻在溅射功率为１２０W 时电阻达到最小值０．９８k Ω.由X R D 图谱可知,１２０W 时薄膜(００２)面衍射峰较弱,对应的F WHM 值较小,可知薄膜晶粒尺寸增大,晶界减少,使载流子的散射中心减少,从而使载流子迁移率升高,方块电阻减小.另外,在薄膜表面的晶粒中吸附的氧,能有效的捕获电子,使载流子浓度和迁移率降低,导致电阻率升高[１２].由A F M 分析可知,１２０W 时,薄膜表面粗糙度最小,导致薄膜表面积减小,使吸附氧的位置减少,导致薄膜的方电阻减小.而且表面粗糙度的减小会使载流子移动的有效厚度增加从而减小表面电阻.所以在１２０W 下沉积的Z A O 薄膜电学性能达到了最佳.图３㊀溅射功率对薄膜电阻的影响F i g ３E l e c t r i c a l r e s i s t i v i t y of f i l m sa saf u n c t i o no f s p u t t e r i n gpo w e r ３．４㊀溅射功率对薄膜光学特性的影响如图４所示,可见光区薄膜的平均透过率达到８５％以上,但是随着溅射功率的持续增加,薄膜的透过率略有下降.一方面可能在相同溅射时间㊁溅射气压下,Z A O 薄膜的厚度随着溅射功率不断增加,这在一定程度上导致了薄膜透过率的降低;另一方面薄膜表面粗糙度增加会增加对可见光的散射和吸收,也会使薄膜的透过率降低.另外,可能是由于溅射功率的增大,薄膜中电离杂质数量不断增加,增大了对可见光的散射中心,从而导致透过率下降.９２０８０高立华等:溅射功率对磁控溅射Z n OʒA l (Z A O )薄膜性能的影响图４㊀溅射功率对薄膜透过率的影响F i g ４O pt i c a l t r a n s m i t t a n c eo f f i l m sa sa f u n c t i o no f s p u t t e r i n gp o w e r ４㊀结㊀论(１)㊀采用射频磁控溅射工艺㊁以高密度氧化锌铝陶瓷靶为靶材,在玻璃基底上制备了良好的c 轴择优取向的透明导电Z A O 薄膜.可见光区(４００~６００n m )平均透过率达到８５％以上,在１２０W 下沉积的薄膜电学性能达到了最佳.(２)㊀溅射功率增加,将使薄膜厚度增加,同时薄膜表面粗糙度增加,从而导致Z A O 薄膜光电性能降低.(３)㊀衬底温度控制在室温,可以制备较高性能的Z A O 薄膜,同时也可以节约能源,有更大实用价值.但其最佳制备工艺还有待进一步研究.参考文献:[１]㊀M aQB ,Y eZZ ,H eH P ,e t a l ．S t r u c t u r a l ,e l e c t r i c a l ,a n do p t i c a l p r o p e r t i e s o f t r a n s pa r e n t c o n d u c t i v eZ n OʒG a f i l m s p r e p a r e db y D Cr e ac t i v em a g n e t r o ns p u t t e r i n g [J ]．J o u r n a l o fC r y s t a lG r o w t h ,２００７,３０４:６４Ｇ６８．[２]㊀T s a y C Y ,C h e n g H C ,T u n g Y T ,e ta l ．Ef f e c to fS n Ｇd o p e do n m i c r o s t r u c t u r a la n do p t i c a l p r o pe r t i e so fZ n O t h i nf i l m sd e p o s i t e db y s o l Ｇg e l m e th o d [J ]．T hi n S o l i d F i l m s ,２００８,５１７:１０３２Ｇ１０３６．[３]㊀Z h o uAP ,G a o JX ,S u nY．S t u d y o n t h e s t r u c t u r e ,o pt i c a l a n d e l e c t r i c a l p r o p e r t i e so f N b d o p e d Z n O t r a n s pa r e n t c o n d u c t i v e t h i nf i l m s [J ]．J o u r n a lo fS y n t h e t i cC r ys t a l s ,２０１２,４１:１０１５Ｇ１０１８．[４]㊀C h o iYJ ,G o n g SC ,J o h n s o nDC ,e t a l ．C h a r a c t e r i s t i c s o f t h ee l e c t r o m a g n e t i c i n t e r f e r e n c es h i e l d i n g e f f e c t i v e n e s s o fA l Ｇd o p e dZ n Ot h i n f i l m s d e p o s i t e d b y a t o m i c l a y e r d e pＧo s i t i o n [J ]．A p pl i e dS u r f a c eS c i e n c e ,２０１３,２６９:９２Ｇ９７．[５]㊀Z h o n g W W ,Li uF M ,C a iL G ,e t a l ．E l a b o r a t i o na n d c h a r a c t e r i z a t i o no fA ld o pe dZ n O n a n o r o dt h i nf i l m sa n Ｇn e a l e di n h y d r og e n [J ]．J o u r n a lo f A l l o ys a n d C o m Ｇpo u n d s ,２０１１,５０９:３８４７Ｇ３８５１．[６]㊀S h a r m aB K ,K h a r eN ,H a r a n a t hD．P h o t o l u m i n e s c e n c e l i f e t i m e o fA l Ｇd o p e dZ n Of i l m s i nv i s i b l e r e gi o n [J ]．S o l i d S t a t eC o mm u n i c a t i o n s ,２０１０,１５０:２３４１Ｇ２３４５．[７]㊀S h u k l aRK ,S r i v a s t a v aA ,S r i v a s t a v aA ,e t a l ．G r o w t ho ft r a n s p a r e n t c o n d u c t i n g n a n o c r y s t a l l i n eA l d o pe dZ n Ot h i nf i l m sb yp u l s e dl a s e rd e p o s i t i o n [J ]．J o u r n a lo fC r ys t a l G r o w t h ,２００６,２９４:４２７Ｇ４３１．[８]㊀M o n d r a g o n ＧS u a r e z H ,M a l d o n a d o A ,R e ye s A ,e ta l ．Z n OʒA l t h i nf i l m o b t a i n e db y c h e m i c a l s p r a y :e f f e c to f t h eA l c o n c e n t r a t i o n [J ]．A p p l i e dS u r f a c e S c i e n c e ,２００２,１９３:５２Ｇ５９．[９]㊀C h e nXY ,W a ng J ,D i n g YT．F a b r i c a t i o no f t r a n s p a r e n t c o n d u c t i v eZ A O f i l m b y D C m a g n e t r o ns p u t t e r i n g an d p r o p e r t i e ss t u d y [J ]．J o u r n a lo f F u n c t i o n a l M a t e r i a l s ,２０１３,４４(１):１３９Ｇ１４２．[１０]㊀D e w a l d W ,S i t t i n g e r V ,S z ys z k aB ,e ta l ．A d v a n c e d p r o p e r t i e s o fA l Ｇd o p e dZ n Of i l m sw i t has e e d l a y e r a pＧp r o a c hf o r i n d u s t r i a l t h i nf i l m p h o t o v o l t a i ca p pl i c a t i o n [J ]．T h i nS o l i dF i l m s ,２０１３,５３４:４７４Ｇ４８１．[１１]㊀S c h u l e rT ,A e g e r t e r M A．O pt i c a l e l e c t r i c a l a n ds t r u c Ｇt u r a l p r o p e r t i e s o f s o l Ｇg e lZ n OʒA l c o a t i n g [J ]．T h i n S o l i dF i l m s ,２００１,３５１:１２５Ｇ１３１．[１２]㊀I ga s a k iY ,S a i t o H．T h ee f f e c t so f z i n cd i f f u s i o no nt h e e l e c t r i c a l a n do p t i c a l p r o pe r t i e so fZ n OʒA lf i l m s p r e Ｇp a r e db y R Fr e a c t i v e s p u t t e r i ng [J ]．T h i nS o l i dF i l m s ,１９９１,１９９:２２３Ｇ２３０．E f f e c t s o f s p u t t e r i n gp o w e r o nA l d o p e dZ n Ot h i n f i l m s d e po s i t e d b y R Fm a g n e t r o n s p u t t e r i n gG A O L i Ｇh u a ,Z H E N G Y u Ｇy i n g(C o l l e g e o fM a t e r i a l sS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,F u z h o uU n i v e r s i t y,F u z h o u３５０１０８,C h i n a )A b s t r a c t :Z n OʒA l (Z A O )t r a n s p a r e n t c o n d u c t i v e t h i n f i l m sw e r e s p u t t e r e do n g l a s s s u b s t r a t e s b y R F m a gn e Ｇt r o n s p u t t e r i n g w i t hZ n Oc e r a m i c t a r g e tm i x e dw i t hA l ２O ３of ２w t ％．T h e i n f l u e n c eo f s p u t t e r i n gp o w e r o n t h e s t r u c t u r a l ,o p t i c a l a n de l e c t r i c a l p e r f o r m a n c eo fZ A Of i l m sw e r ec h a r a c t e r i z e db y X Ｇr a y d i f f r a c t i o n (X R D ),a t o m i c f o r c em i c r o s c o p e (A F M ),U V ＧV i s s p e c t r og r a ph a n dV a n d e r P a u w m e t h o d ．T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e d i f f e r e n t s p u t t e r i n gp o w e r h a s l i t t l e i n f l u e n c eo nt h e l i gh t t r a n s m i t t a n c e ,b u t t h e r ea r e g r e a t e r e f f e c t so nf i l m c r y s t a l l i z a t i o n a n d e l e c t r i c a l p r o p e r t i e s ．c Ｇa x i so r i e n t a t i o no fZ A Of i l m s i n (００２)d i r e c t i o n w a sd i s t i n c t l y ob Ｇs e r v e db y X R D．T h e a v e r a g e v i s i b l e (a b o u t ４００Ｇ６００n m )t r a n s m i t t a nc ew a sm o r e t h a n ８５％．T h e o p t i m u me l e c Ｇt r i c a l p r o p e r t y o f Z A Of i l m w a s p r e p a r ed a t s p u t te r i n gp o w e r of １２０W．K e y w o r d s :Z A Ot h i n f i l m s ;s p u t t e r i n gp o w e r ;s qu a r e r e s i s t a n c e ;t r a n s m i t t a n c e ０３０８０２０１５年第８期(４６)卷。
ITO
透明导电氧化物ITO薄膜的制备研究摘要：以掺二氧化锡的氧化铟为靶材，采用射频磁控溅射在玻璃衬底制备了ITO薄膜。
分别用紫外-可见光-红外分光光度计，X射线衍射仪，扫描电子显微镜和四试探针测试仪对所制备的ITO薄膜的透过率、晶体结构、表面形貌和电阻率（方块电阻）进行了表征分析；利用霍尔测试仪对ITO的电学特性进行表征分析。
研究了不同溅射气压、不同溅射功率和不同衬底温度对薄膜质量的影响。
分析结果表明在溅射气压为0.3pa在溅射功率为80W和衬底温度为300℃时所制备的薄膜的透过率最高电阻率最低，薄膜的质量最好。
关键词：ITO薄膜；磁控溅射法；透过率；电导率。
0引言ITO薄膜是一种高度简并的n型掺杂半导体，ITO薄膜材料具有载流子浓度高、电子迁移率高和禁带宽度比较宽的优点，而且ITO薄膜材料在可见光范围内透过率高、电阻率低、附着性良好、硬度及化学稳定性质等优点，使其同时具有好的导电性和高的透光率[1,2]，由于这些优越的性能，现在ITO薄膜材料被广泛运用于太阳能电池中做窗口电极层，并取得了高的效率。
近年来特别随着平板显示器的开发和实用化进展，ITO 膜也广泛用于平板显示装置，因此对ITO膜的研制具有广泛的市场前景。
从应用角度出发，通常要求ITO薄膜的成份是In2O3和SnO2，薄膜中铟锡低价化合物愈少愈好[3,5]。
制备ITO薄膜的方法有很多中，主要有磁控溅射[6]、脉冲激光沉积[7]、超声雾化热分解方法[8]和溶胶-凝胶法[9]。
其中磁控溅射制备薄膜因可以准确地控制工艺参数使得成膜速率可以很高、也可在大面积衬底上均匀成膜且重复性好，可获得光电性能优异的ITO薄膜等优点[10]。
本文采用射频磁控溅射方法制备ITO薄膜，并重点研究了不同溅射气压（0.3pa、0.5pa、0.8pa、1.5pa、2pa)、不同溅射功率（40W、60W、80W、100W）不同衬底温度（100℃200℃300℃)对薄膜光电性能的影响，并对ITO薄膜的光电性能进行表征分析。
磁控溅射法制备ITO膜的研究
磁控溅射法制备ITO膜的研究ITO膜是一种透明导电薄膜，具有良好的电导率和光透过性。
它在太阳能电池、液晶显示、触摸屏等领域有着广泛的应用。
本文将研究磁控溅射法制备ITO膜的工艺过程、影响因素和优化方法。
磁控溅射法是一种常用的薄膜制备方法，它利用磁场控制离子在目标表面的沉积，通过高能粒子轰击和扩散，形成均匀致密的薄膜。
在ITO膜的制备中，通常使用靶材为含有ITO的铟锡合金，沉积气体为氩气或氩气与氧气的混合物。
研究表明，ITO膜的制备工艺参数对薄膜的电学和光学性能有着重要影响。
其中，沉积速率是一个关键参数，它与工艺中的离子能量、靶材的离子通量和沉积时间有关。
较高的沉积速率可以提高生产效率，但可能导致薄膜内部应力增大和晶体结构退化。
另外，氧气流量也是一个重要参数，它可以调节薄膜的电学性能。
适量的氧气流量可以形成ITO膜中的氧化物相，提高膜的导电性能。
然而，过高或过低的氧气流量都会导致薄膜电学性能下降。
此外，靶材的成分和纯度也对ITO膜的性能有着显著影响。
铟锡合金中铟的含量和靶材的纯度对薄膜的导电性能和透过率有着直接影响。
近年来，一些研究还表明，掺杂其他金属元素或添加改性剂可以提高ITO膜的导电性能和稳定性。
在优化磁控溅射法制备ITO膜的工艺中，需要综合考虑薄膜的电学、光学和力学性能。
适当的沉积速率、氧气流量和靶材成分可以获得具有较低电阻率和较高透过率的ITO膜。
此外，精密控制膜的厚度和表面形貌也是提高膜性能的重要因素。
总之，磁控溅射法是一种常用的ITO膜制备方法，通过调节工艺参数和优化靶材成分可以获得良好的薄膜性能。
进一步研究磁控溅射法制备ITO膜的工艺过程和优化方法，将有助于实现ITO膜的高效制备和应用。
磁控溅射溅射功率的影响
磁控溅射溅射功率的影响
磁控溅射是一种常见的薄膜沉积技术，广泛应用于半导体、光电子、信息存储等领域。
在磁控溅射过程中，溅射功率是一个非常重要的参数，它直接影响着薄膜的成膜速率、成膜质量和薄膜的性能。
本文将探讨磁控溅射溅射功率对薄膜沉积的影响。
首先，溅射功率的大小直接影响着溅射材料的溅射速率。
溅射功率越大，溅射材料的溅射速率越高，从而可以更快地沉积出所需厚度的薄膜。
因此，在工业生产中，可以通过调节溅射功率来控制薄膜的沉积速率，从而满足不同应用对薄膜厚度的要求。
其次，溅射功率还会影响薄膜的成膜质量。
过高或过低的溅射功率都会导致薄膜质量下降。
过高的溅射功率可能导致薄膜表面粗糙度增加、成分偏差等问题，而过低的溅射功率则可能导致薄膜结合力不足、成膜速率过慢等问题。
因此，在实际应用中，需要通过精确控制溅射功率来保证薄膜的成膜质量。
最后，溅射功率还会对薄膜的性能产生影响。
例如，溅射功率的大小会影响薄膜的晶粒大小、应力状态、光学性能等。
因此，在设计薄膜沉积工艺时，需要充分考虑溅射功率对薄膜性能的影响，
以满足特定应用的要求。
总之，磁控溅射溅射功率对薄膜沉积具有重要影响，通过合理调节溅射功率，可以实现对薄膜沉积速率、成膜质量和薄膜性能的有效控制，从而满足不同应用的需求。
在未来的研究和应用中，我们还需要进一步深入研究溅射功率对薄膜沉积的影响机制，以推动磁控溅射技术的进一步发展和应用。
溅射功率对金属化薄膜性能的影响分析 共29页
以后溅射速率增加明显变缓。 但是需要指出的是, 靶材承受的功率是有限的。靶面温度过高会导致靶材熔
化或引起
弧光放电。因此靶功率应当在靶材允许值范围内调节。因此提高镀膜速率的工艺 原则应当尽可能接近允许值; 靶电压尽可能接近最佳值
。从实验结果看, 20 W·cm- 2 的溅射功率比较合适。 溅射功率对金属化薄膜形貌的影响
互融合的伪扩散层, 这样提高了薄膜与基片的附着力。同时高能量的溅射原子沉 积在基片上产生较高的热能, 也会增强薄膜与基片的
附着力。此外功率的改变亦会影响膜的生长方式, 改善膜组织, 从而对膜的塑性、 强度等性能指标造成影响, 进而影响结合强度。
但是过高的功率密度要求靶具有很强的冷却, 同时铁氧体基片会升温, 破坏膜层 结构, 降低膜层的致密性和均匀度, 显著影响其
降将进一步增加, 撞击阴极的正离子数目及动能都大为增加, 在阴极表面发生溅 射作用也要强烈得多, 致使沉积速率增大。实验保
持其他条件不变, 测试了不同功率密度下Cr 靶、Ni- Cu 靶和Ag 靶的成膜速率如 图1。 图1 不同溅射功率下各个
靶的成膜速率 可见, 随着溅射功率密度的增加, 溅射靶的溅射速率迅速增加, 在超过20
焊接性能。并且过快的沉积速率会使金属化膜层内应力过大, 反而降低结合力。 实验保持其他条件不变, 在不
同溅射功率下制备了Cr (150 nm)/Ni- Cu (460 nm)/Ag(200 nm) 结构的金属化薄 膜,可以看
出, 初期随着溅射功率的增加, 薄膜抗拉强度和焊接性能都明显提高; 当溅射功率 超过20 W·cm- 2 后, 结合力和焊
由于在溅
射过程中, 溅射功率不是完全用于溅射的, 还有用于靶材发热、γ 光子和χ 射线发 射、二次[5,6]。因此, 当溅射功率较小时, 用于溅射时的有用 功达不到要求, 无法进行辉光放电,
直流磁控溅射功率对溅射生长GZO薄膜光电性能的影响
直流磁控溅射功率对溅射生长GZO薄膜光电性能的影响姚婷婷;王芸;马立云;彭寿;杨勇;李刚;仲召进;张宽翔;蒋继文;金克武;曹欣;吴可凡【期刊名称】《材料科学与工程学报》【年(卷),期】2017(035)005【摘要】本文采用直流磁控溅射沉积系统在玻璃基底上沉积镓掺杂氧化锌(GZO)薄膜,将溅射功率从120W调整到240W,步长为30W,研究功率变化对GZO薄膜的晶体结构、表面形貌、光学性能和电学性能的影响.结果表明,溅射功率对GZO 薄膜电阻率有显著的影响.溅射功率为210W时薄膜呈现最低电阻率为3.31×10-4Ω·cm,可见光波段平均光学透光率接近84％.随着溅射功率的增加,薄膜表面形貌和生长形态发生较大变化,并直接得到具有一定凸凹不平的微结构,GZO薄膜的致密性先增加后降低.【总页数】6页(P747-751,814)【作者】姚婷婷;王芸;马立云;彭寿;杨勇;李刚;仲召进;张宽翔;蒋继文;金克武;曹欣;吴可凡【作者单位】蚌埠玻璃工业设计研究院,浮法玻璃新技术国家重点实验室,安徽蚌埠233000;蚌埠玻璃工业设计研究院,浮法玻璃新技术国家重点实验室,安徽蚌埠233000;蚌埠玻璃工业设计研究院,浮法玻璃新技术国家重点实验室,安徽蚌埠233000;蚌埠玻璃工业设计研究院,浮法玻璃新技术国家重点实验室,安徽蚌埠233000;蚌埠玻璃工业设计研究院,浮法玻璃新技术国家重点实验室,安徽蚌埠233000;蚌埠玻璃工业设计研究院,浮法玻璃新技术国家重点实验室,安徽蚌埠233000;蚌埠玻璃工业设计研究院,浮法玻璃新技术国家重点实验室,安徽蚌埠233000;大连交通大学,辽宁大连116028;蚌埠玻璃工业设计研究院,浮法玻璃新技术国家重点实验室,安徽蚌埠233000;蚌埠玻璃工业设计研究院,浮法玻璃新技术国家重点实验室,安徽蚌埠233000;蚌埠玻璃工业设计研究院,浮法玻璃新技术国家重点实验室,安徽蚌埠233000;蚌埠玻璃工业设计研究院,浮法玻璃新技术国家重点实验室,安徽蚌埠233000;大连交通大学,辽宁大连116028;蚌埠市第二中学,安徽蚌埠233000【正文语种】中文【中图分类】TB34【相关文献】1.氧气流量和溅射功率对脉冲直流磁控溅射制备Nb2O5薄膜性能的影响 [J], 彭寿;李刚;蒋继文;钟汝梅2.溅射功率对直流磁控溅射TiO2薄膜光学性能的影响 [J], 史新伟;马群超;李杏瑞;姚宁;王晓3.溅射时间对GZO薄膜光电性能的影响 [J], 丛芳玲;赵青南;刘旭;罗乐平;顾宝宝;董玉红;赵杰4.直流磁控溅射法制备铝铬共掺杂氧化锌薄膜及其结构和光电性能的研究 [J], 周爱萍;刘汉法;张化福5.溅射功率对直流磁控溅射法沉积TGZO薄膜性能的影响 [J], 史晓菲;郭美霞;刘汉法;王新峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
溅射功率对犖犻犗薄膜性质的影响.pdf
第２６卷 第２期２０１１年４月液 晶 与 显 示ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓａｎｄＤｉｓｐｌａｙｓＶｏｌ．２６，Ｎｏ．２Ａｐｒ．，２０１１文章编号：１００７ ２７８０（２０１１）０２ ０１５８ ０３溅射功率对犖犻犗薄膜性质的影响王 新，刘 楠，向 嵘，李 野，端木庆铎，田景全（长春理工大学理学院，吉林长春 １３００２２，Ｅ ｍａｉｌ：ｗａｎｇｘｉｎ９７１２４１＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ）摘 要：在室温条件下，采用射频磁控溅射的方法在石英衬底上制备了ＮｉＯ薄膜，深入研究了不同溅射功率对ＮｉＯ的结构、光学和电学特性的影响。
随着溅射功率的升高，ＮｉＯ薄膜逐渐由非晶态薄膜转变成具有（１１１）择优取向的晶态薄膜，同时发现ＮｉＯ薄膜在可见光区透过率较大，而在紫外光区透过率减小；随着溅射功率的升高，薄膜在可见光区域和紫外区域的光学透过率均明显减小，同时禁带宽度也减小，但导电性增强。
关 键 词：射频磁控溅射；氧化镍；结构；光学；电学中图分类号：ＴＢ３４ 文献标识码：Ａ 犇犗犐：１０．３７８８／ＹＪＹＸＳ２０１１２６０２．０１５８犐狀犳犾狌犲狀犮犲狅犳犛狆狌狋狋犲狉犻狀犵犘狅狑犲狉狅狀犘狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳犖犻犗犜犺犻狀犉犻犾犿ＷＡＮＧＸｉｎ，ＬＩＵＮａｎ，ＸＩＡＮＧＲｏｎｇ，ＬＩＹｅ，ＤＵＡＮＭＵＱｉｎｇ ｄｕｏ，ＴＩＡＮＪｉｎｇ ｑｕａｎ（犛犮犺狅狅犾狅犳犛犮犻犲狀犮犲，犆犺犪狀犵犮犺狌狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犆犺犪狀犵犮犺狌狀 １３００２２，犆犺犻狀犪，犈 犿犪犻犾：狑犪狀犵狓犻狀９７１２４１＠狔犪犺狅狅．犮狅犿．犮狀）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｎｉｃｋｅｌｏｘｉｄｅｔｈｉｎｆｉｌｍｓｗｅｒｅｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｑｕａｒｔｚｓｕｂｓｔｒａｔｅｂｙｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｅｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｐｏｗｅｒｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ，ｏｐｔｉｃａｌａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＮｉＯｔｈｉｎｆｉｌｍｗｅｒｅｍａｉｎｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｐｏｗｅｒ，ｔｈｅＮｉＯｔｈｉｎｆｉｌｍｗｉｔｈａｍｏｒｐｈｏｕｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｎｇｅｄｉｎｔｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｏｎｅｗｉｔｈ（１１１）ｐｒｅｆｅｒｒｅｄｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ．ＩｔｗａｓａｌｓｏｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅｏｆＮｉＯｔｈｉｎｆｉｌｍｉｎｖｉｓｉｂｌｅｒｅｇｉｏｎｉｓｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈａｔｉｎｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ（ＵＶ）ｒｅｇｉｏｎ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｐｏｗｅｒ，ｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅｉｎｂｏｔｈｔｈｅｖｉｓｉｂｌｅｒｅｇｉｏｎａｎｄｔｈｅＵＶｒｅｇｉｏｎｄｅ ｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅｂａｎｄｇａｐｉｎｃｒｅａｓｅｄａｎｄｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｄｅｃｒｅａｓｅｄ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｅｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ；ｎｉｃｋｅｌｏｘｉｄｅ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｏｐｔｉｃｓ；ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ 收稿日期：２０１０ ０９ ２５；修订日期：２０１０ １０ １２ 基金项目：国家自然科学基金（Ｎｏ．１１００４０１６）；吉林省科技厅基金（Ｎｏ．２００８０１７０）作者简介：王新（１９７８－），男，辽宁凌海人，博士，副教授，主要研究方向为电子薄膜与ＭＥＭＳ技术。
石英基底的ITO薄膜制备及光电性能
石英基底的ITO薄膜制备及光电性能徐书林;胡志强;张临安;聂铭歧;张海涛【摘要】采用脉冲磁控溅射法在高纯石英基底上制备了氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜.通过X射线衍射仪、扫描电镜对石英基底上ITO薄膜的微观结构及表面形貌进行了分析,并且研究了溅射气压、溅射时间和衬底温度等工艺参数条件对以石英玻璃作基底制备的ITO薄膜的光电性能的影响.结果表明,在以石英为基底的氧化铟锡透明导电膜,在气压0.7 Pa、溅射功率45 W条件下,基片温度为300℃,溅射时间为45 min时,可见光透过率达83％,方块电阻达到5 Ω左右.【期刊名称】《大连工业大学学报》【年(卷),期】2015(034)001【总页数】4页(P60-63)【关键词】氧化铟锡薄膜;脉冲磁控溅射;石英【作者】徐书林;胡志强;张临安;聂铭歧;张海涛【作者单位】大连工业大学新能源材料研究所,辽宁大连 116034;大连工业大学新能源材料研究所,辽宁大连 116034;大连工业大学新能源材料研究所,辽宁大连116034;大连工业大学新能源材料研究所,辽宁大连 116034;锦州新世纪石英(集团)有限公司,辽宁锦州 121000【正文语种】中文【中图分类】TB321近年来，导电氧化物薄膜作为透明导电薄膜已在薄膜研究中占据主导地位，其中氧化铟锡（ITO，In2O3：Sn）薄膜是目前研究和应用最广泛的透明导电薄膜之一。
ITO薄膜具有立方体铁锰矿结构，禁带宽度为3.5eV［1］，具有较高的功函数，因此其具有很高的导电率（电阻率低于7× 10－5Ω·cm）、很高的可见光透过率（大于80%）、良好的机械强度和化学稳定性［2］，在平板液晶显示器、薄膜晶体管制造、红外辐射反射镜涂层、太阳能电池透明电极以及火车飞机玻璃除霜、建筑物幕墙玻璃等方面应用广泛［3－6］。
ITO薄膜基底一般多为透明玻璃、陶瓷、单晶材料等材料［7］，其中石英玻璃具有耐高温、耐酸性（氢氟酸除外）、膨胀系数低、耐热震性、化学稳定性，电绝缘性能良好，并能透过紫外线和红外线。
ITO薄膜的制备及其光电性能研究
ITO薄膜的制备及其光电性能研究
黄惜惜;赵桂香;扬川苏;张中建;高荣刚;黄国平
【期刊名称】《太阳能》
【年(卷),期】2024()4
【摘要】随着HJT太阳电池的发展,对其氧化铟锡(ITO)薄膜的研究日益增多。
通过直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备ITO薄膜,研究了氧含量、溅射功率、沉积温度及溅射气压对ITO薄膜光电性能的影响。
研究结果显示:1)ITO薄膜的光电性能对氧含量较为敏感,随着氧含量增加,ITO薄膜的电阻率也随之增加,而透过率则呈先上升后下降,然后基本保持不变的趋势;2)随着沉积温度升高,ITO薄膜的透过率也随之升高,而电阻率则呈先下降后上升的趋势;3)随着溅射气压的升高,ITO薄膜的电阻率呈上升趋势,而透过率则是先降低再略微升高;4)当氧含量在1.8%~2.0%,溅射功率在3000~4000 W,沉积温度在150~190℃,溅射气压在0.5~0.7 Pa时,ITO薄膜具有较优的光电性能。
因此,在合理范围内提高沉积温度,其则会具有退火作用,有助于进一步改善ITO薄膜的光电性能。
【总页数】7页(P94-100)
【作者】黄惜惜;赵桂香;扬川苏;张中建;高荣刚;黄国平
【作者单位】中节能太阳能科技(镇江)有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM914.4
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Advances in Material Chemistry 材料化学前沿, 2014, 2, 43-48Published Online July 2014 in Hans. /journal/amc/10.12677/amc.2014.23007The Effects of DC Magnetron SputteringPower on Electrical and Optical Propertiesof ITO Thin FilmsZhiting Geng*, Qing HeSchool of Energy, Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, BeijingEmail: *qhgzt@Received: Jun. 27th, 2014; revised: Jul. 18th, 2014; accepted: Jul. 22nd, 2014Copyright © 2014 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractThe experiment of ITO thin film samples was deposited on glass substrates by DC reactive magne-tron sputtering. The effects of sputtering power on optical properties of ITO thin films were inves-tigated. The results of several tests show that within the scope of the set of power, the increase of sputtering power leads to the increase of the thickness of the films, but the decrease of the resis-tivity and visible light transmittance of ITO thin films.KeywordsITO Thin films, DC Reactive Magnetron Sputtering, Electrical and Optical Properties直流磁控溅射功率对ITO薄膜光电学性能的影响耿志挺*，何青华北电力大学能源与动力学院，北京Email: *qhgzt@收稿日期：2014年6月27日；修回日期：2014年7月18日；录用日期：2014年7月22日*通讯作者。
摘 要本实验的ITO 薄膜样品是利用直流磁控溅射技术在玻璃基片上沉积而成的。
通过改变溅射功率，研究不同溅射功率对ITO 薄膜光电学性能的影响。
经实验测试后发现：在实验给定的功率区间内，ITO 薄膜的厚度随着溅射功率的增加而增加，而其电阻率及可见光透过率则随之降低。
关键词ITO 薄膜，直流磁控溅射，光电学性能1. 引言锡掺杂氧化铟(Tin-doped indium oxide ，简称ITO)是一种体心立方铁锰矿结构的N 型半导体材料，具有带隙宽(3.5~4.3 eV)、载流子浓度高(1021 cm −3)、电子迁移率大(15~450 cm 2·V −1·s −1和电阻率低(接近10−5 Ω·cm 量级)等特点[1]。
在可见光波段透过率高，可达85%以上；对紫外线吸收率高，可达85%以上；对红外线反射率高，大于80%；膜层硬度高，耐磨，耐化学腐蚀；膜层具有很好的酸刻、光刻性能，便于细微加工[2]。
锡掺杂氧化铟是一种用途广泛的透明导电材料，已经成熟的应用在液晶显示器、太阳能电池等领域。
ITO 薄膜的制备方法很多，常见的有喷涂法、真空蒸发、磁控溅射、溶胶–凝胶法、脉冲激光沉积等，在这些方法中，磁控溅射镀膜可以准确地控制工艺参数，可在大面积衬底上均匀成膜，重复性好，可以获得光电性能优异的ITO 薄膜[3]。
因此，电子电器、信息等多个领域大量使用ITO 薄膜。
在已知的直流磁控溅射制备ITO 薄膜的研究结果中，对ITO 薄膜质量的影响因素有很多，如溅射气压、氧分压、溅射功率、基片温度、靶材质量等。
本文研究溅射功率对ITO 薄膜质量的影响。
2. 实验实验使用的是中科院沈阳科学仪器股份有限公司生产的JGP-450B 型磁控溅射沉积系统，通过直流磁控溅射技术在在玻璃基片上沉积获得ITO 薄膜样品。
靶材是In 2O 3和SnO 2质量分数比为9:1的陶瓷靶。
实验本底真空度为3 × 10−4 Pa ，工作真空为0.5 Pa ，氩气气氛，溅射功率65~160 W ，溅射时间为20 min ，实验条件(见表1)。
采用日本产日本电子JSM-7001F 热场发射扫描电子显微镜测试样品的表面形貌和颗粒大小；采用日本产岛津XRF-1800型X 射线荧光光谱仪测试样品的膜厚和成分组成；采用北京普析检测科技研究院生产的TU-1901型紫外可见分光光度计测试样品的透过率曲线，波长范围：200~900 nm 。
3. 结果与讨论3.1. 成分与膜厚利用XRF ，测得ITO 薄膜的成分及膜厚，见表2。
从表2可以看出，随着功率的增加，ITO 薄膜的成分变化不大，而膜厚呈线性增加。
膜厚跟溅射功率基本呈正比，其原因解释如下，到达基片的溅射物质总量Q ：t AQ I Yt eN µ∝Table 1. Experimental condition of the ITO thin films by DC reactive magnetron sputtering 表1. 直流磁控溅射沉积ITO 薄膜的实验条件样品序号溅射功率/W溅射时间/min氩气流速/sccm1 65 20 152 80 20 153 120 20 154 140 20 15 51602015Table 2. The compositions and film thickness of the ITO thin films 表2. ITO 薄膜样品成分及膜厚样品序号In 2O 3含量/at.%SnO 2含量/at.%膜厚/nm 1 91.9 8.1 300.91 2 91.8 8.2 357.76 3 90.6 9.4 536.28 4 90.0 10.0 680.24 589.110.9804.58式中μ为溅射物质的相对原子质量，e 为电子电量，A N 为阿伏伽德罗常数，t I 为靶离子电流，Y 为溅射产额(定义为：相应于每个入射离子所放出的样品原子数)，t 为溅射时间[4]。
做粗略近似，用溅射时的放电电流s I 代替t I ，同时设溅射产额正比于放电电压s U ，则由上式导出靶上溅射物质的厚度s s d U I t ∝⋅⋅，而溅射功率s s P U I =⋅。
所以当溅射时间t 一定时，薄膜厚度d 正比于溅射功率P 。
3.2. 表面分析图1是在不同溅射功率沉积的ITO 薄膜的SEM 扫描电镜照片。
从图1可以看出，在沉积ITO 薄膜的过程中，不同溅射功率的ITO 薄膜样品，其表面形貌和晶粒大小均有所不同。
在65 W 的溅射功率下，ITO 薄膜的局部形貌如图1(a)，可以看出，晶粒大小不均，一个晶粒的尺寸约为30 nm 。
在80 W 的溅射功率下，图1(b)中的晶粒变大，晶界宽度变大，晶粒大小约为40 nm 左右。
当功率升高到120 W 时，图1(c)中晶粒变得更加明显且致密，可以看出小晶粒的团簇形成了大的晶粒，晶粒的尺寸约为60 nm 左右。
在140 W 的溅射功率下，晶粒变得更为致密。
溅射功率继续增加到160 W ，其团簇现象更加明显，晶粒尺寸更大(大约100 nm)的同时更加均匀。
实验表明：随着溅射功率的增大，晶粒尺寸更大和更均匀的同时，小晶粒也会成长为大晶粒。
3.3. 电学性能随着膜厚的增加，方阻值会减小。
这是因为方阻等于电阻率除以膜厚，在给定材料时，电阻率应不变，膜厚增加，方阻值减小。
这在我们的实验结果中也反映出来了，见图2(a)。
利用方阻数据和膜厚数据，分别计算五个样品的电阻率，并研究电阻率随溅射功率的变化规律，见图2(b)。
我们发现，随着溅射功率的提高，样品电阻率基本呈下降趋势，最低电阻率为1.77 × 10−3 Ω·cm 。
这可以用样品的微观组织结构加以解释：由前面的SEM 分析可知，随着溅射功率的提高，晶粒尺寸越大(特别是对于前三组样品尤为明显)，从而晶界所占的比例就小，这就意味着电子漂移的弛豫时间ττ有所增加从而电阻率下降(电阻率1ρτ−∝)。
简单而言，就是晶界减少导致电子被“散射”的几率减小了，(a) 65W (b) 80W(c) 120W (d) 140W(e) 160WFigure 1. SEM micrographs of the ITO thin films图1. ITO薄膜表面形貌SEM(a) (b)Figure 2. Electrical properties of ITO thin films: (a) The relation of sheet resistance and film thickness with sputtering power; (b) The relation of resistivity with sputtering power图2. ITO薄膜的电学性能：(a)方阻膜厚和溅射功率关系；(b)电阻率和溅射功率关系材料对电子的“阻碍”作用减小了，从而电阻率下降。
此外，由前面XRD结果分析可知，功率增加，ITO 薄膜的结晶程度增加，更加完整的晶体结构也有利减小材料对电子的散射，降低电阻率。
从上述分析可知，功率增加时，ITO薄膜的电阻率下降，同时，膜厚增加，这就使得ITO薄膜的方阻值随功率的增加而降低。
3.4. 光学性能众所周知，利用朗伯–比尔定律可以将实验测得试样吸光度A转换成透过率T，该定律的数学表达式为：()=A lg T1其中，A为吸光度，T为透射率，是透射光强度比上入射光强度。
由此可以得到ITO薄膜样品透过率随波长变化曲线，见图3。
从图3中可以发现，ITO薄膜的透过率在可见光区具有较高的数值，其中1~3样品的平均透过率在80%左右，最高透过率为2号样品的88%。