IZO透明导电氧化物薄膜的研究doc资料

31
研究意义
2
实验方法
3
实验成果
4
课题总结
国际上关于IZO薄膜的研究
磁控溅射 脉冲激光沉积（PLD） 化学气相沉积（CVD） 溶胶—凝胶沉积 喷雾热分解
全新的制备方法：脉冲等离子体沉积法（PPD） 创新点
高能电子束
瞬间烧蚀
粒子能量大 化学计量比一致
脉冲等离子体镀膜设备原理图
PPD的特点
制备方法
500
PLD 2000
1.63×10-3
86%
1.47×1020
26.1
350
PPD 2010
电学性能不理想，转为研究富In含量的IZO薄膜（10 wt.% ZnO）
PPD制备IZO薄膜(10 wt.%)
PPD制备IZO薄膜的工艺条件
工作气体 工作压强
O2 2.2 ~ 3.2 Pa
基板温度
室温
工作电压
IZO （10 wt.%）薄膜电学性能随氧压的变化关系
电阻率 (10-4·cm) 载流子浓度 (1020 cm-3) 载流子迁移率 (cm2V-1s-1)
80
载流子浓度
载流子迁移率
60
电阻率
50 4
3
40
40
2
30
20
1
20
0
0 10
2.2 2.4 2.6 2.8 3Baidu Nhomakorabea0 3.2
氧 压 (Pa)
IZO薄膜的电阻率、载流子浓度和载流子迁移率随氧压的变化关系
沉积时间
60 min.
电阻率 (10-3Ωcm) 透射率 （%）
IZO薄膜(In2O3:ZnO=1:3)的光电性能
60 50 40 30 20 10
0 50 100 150 200 250 300
温 度 (℃)
波 长 (nm)
电阻率： 1.63×10-3 Ω·cm 可见光区平均透射率：>80%
与国际研究水平对比
IZO薄膜
In2Zn3O6 In2Zn3O6 In2Zn3O6
电阻率 可见光 （Ω·cm） 透射率
载流子 浓度
（cm-3）
迁移率
温度
（cm2/V·s） （℃）
1.00×10-3 80-85% 4.00×1020
20.0
500
制备 方法
PLD
年份
1999
6.67×10-4
90%
3.40×1020
27.0
IZO薄膜在可见光范围内的透射率随氧压的变化关系
氧压 （Pa） 2.2 2.4 2.6
2.8
透射率 （%） 80.7 80.9 83.7 83.9
3.0 85.6
IZO （10 wt.%）薄膜光学性能随厚度的变化关系
100
80
透射率 (%)
60
251 nm
40
324 nm
460 nm
20
582 nm 703 nm
PPD PLD CVD Sputtering
成分与靶材一致性 好 好 好
差
化学度纯
好好差
好
沉积速率可变性 好 差 差
好
靶材可变性
好 差 很差
好
报告内容
31
研究意义
2
实验方法
3
实验成果
4
课题总结
IZO靶材的制备
普通研钵
粉末压片机
按成分配比 In2O3:ZnO 将粉末混均匀
干压成形
管式电阻炉
大气氛围 温度：1000 ℃ 时间：10 h
透明导电IZO薄膜
❖ 功函数高，用于OLED
4.7 eV
5.0 eV
IZO能够减小阳极空穴势垒，提高空穴注入效率
透明导电IZO薄膜
Han-Ki Kim，Surface & Coatings Technology 203 (2008) 652–656
IZO为阳极的OLED开启电压低，发光亮度高
报告内容
30
40
50
60
70
2θ (degree)
成分比为国际上主流的三种IZO ：富In，In-Zn相当，富Zn
PPD制备IZO薄膜(In2O3:ZnO=1:3)
PPD制备IZO薄膜的工艺条件
工作气体 工作压强
O2 2.2 Pa
基板温度
室温~350 ℃
工作电压
-19 kV
工作电流
3.0 mA
脉冲频率
2.0 Hz
IZO （10 wt.%）薄膜电学性能随厚度的变化关系
电阻率 (10-4·cm) 载流子浓度 (1020 cm-3) 载流子迁移率 (cm2V-1s-1)
14
载流子浓度
载流子迁移率
12
电阻率
50
3.0 40
10
2.5 30
8
6 20
30 40 50
沉积时间 (min.)
20 2.0
10 60
IZO薄膜的电阻率、载流子浓度和载流子迁移率随厚度的变化关系
IZO靶材的结构
强度 (arb. units.) 211 222 400 440 622
10 wt.% ZnO
In2O3:ZnO（1:3） （47 wt.% ZnO） In2O3:ZnO（1:5） （60 wt.% ZnO）
JCPDS#060416 In O 23
JCPDS#800075 ZnO
20
IZO透明导电氧化物材料 的研究
报告内容
31
研究意义
2
实验方法
3
实验成果
4
课题总结
透明导电IZO薄膜
目前，透明导电二元氧化物 IZO薄膜 作为ITO的替代物，正得到越来越广泛 的关注。
透明导电IZO薄膜 与ITO相比：
❖ 组分可调：多重物理化学特性。 ❖ 低温制备：塑性好，高迁移率。 ❖ 功函数高：可用于OLED。
0 300 400 500 600 700 800 900
波 长 (nm)
IZO薄膜在可见光范围内的透射率随厚度的变化关系
厚度 （nm） 251 324 460
582
透射率 （%） 91.2 88.8 88.6 85.4
703 80.7
IZO （10 wt.%）薄膜光学性能随温度的变化关系
IZO （10 wt.%）薄膜电学性能随温度的变化关系
电阻率 (10-4·cm) 载流子浓度 (1020 cm-3) 载流子迁移率 (cm2V-1s-1)
7.5
载流子浓度
7.0
载流子迁移率
电阻率
6.5
40 3.6
3.4 35
6.0 5.5 5.0
0
3.2 30
3.0 25
100 200 300 400
-19 kV
工作电流
3.0 mA
脉冲频率
~ 2.0 Hz
沉积时间
20~60 min.
IZO（10 wt.%）薄膜结晶性随温度变化关系
强度 (arb. units.)
222 400
400℃ 300℃ 200℃ 100℃
RT
20
30
40
50
60
70
2θ (degree)
不同衬底温度下沉积的IZO薄膜的XRD谱图
温 度 (℃)
IZO薄膜的电阻率、载流子浓度和载流子迁移率随温度的变化关系
IZO （10 wt.%）薄膜光学性能随氧压的变化关系
100
80
透射率 (%)
60
3.0 Pa
40
2.8 Pa
2.6 Pa
20
2.4 Pa 2.2 Pa
0 300 400 500 600 700 800 900
波 长 (nm)