直流反应磁控溅射法制备新型透明导电氧化物薄膜的研究

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1、摘要本文采用直流反应磁控溅射法金属镶嵌靶In／Mo和II删制备高价态差掺钼氧化铟(In203：Mo，nVlO)和掺钨氧化铟(In203：W，IWO)透明导电薄膜，研究了氧分压、溅射电流、基板温度等制备条件参数对IMO和IWO的薄膜结构、电学和光学性能的影响；利用Ⅺm、√d—M、XPS等分析手段对薄膜进行表征与分析；制备了结晶性良好、载流子迁移率高的IMO和IWO薄膜。直流反应磁控溅射技术制备的IMO透明导电薄膜为多晶的方铁锰矿结构；改善了由反应热蒸发法制备的IMO薄膜的结晶性。建立了直流磁控溅射法制备具有良好光电特性的IMO薄膜的条件；获

2、得的IMO薄膜的最低电阻率为3．7×10。4Q·cm，最高载流子迁移率为50cm2V“s．‘，在可见光区(400．700rim)的平均透射率可高达89％。研究表明，氧分压对制备薄膜的光电特性有很大影响，薄膜中的自由载流子主要由氧空位和掺杂离子提供，薄膜的光学禁带宽度(3．81．3，85eV)变宽主要是由Burstein．Moss效应确定。首次采用直流磁控溅射法制备了高迁移率IWO薄膜。在IWO薄膜中，w原子替代了In203晶格中的h原子的位置，既没有形成新的化合物，也没有改变In203的方铁锰矿晶格结构。所制备的IWO薄膜的最佳电阻率为2

3、．7×104Q·cm，最高载流子迁移率为57cm2Vos～，可见光透射率大于90％，光学禁带宽度大于3．9eV，其光电性能指标均优于在相同制备条件下制备的未掺杂的In203薄膜。研究表明，IWO多晶薄膜(222)和(400)衍射峰强度比值与氧分压、掺杂含量、衬底温度以及溅射电流等制备条件参数密切相关。本文还研究在室温采用直流反应磁控溅射法制备IMO薄膜，探索室温制备IMO薄膜的条件参数。普通玻璃基板上制备的IMO薄膜为非晶结构。该薄膜具有良好的光电性能，最佳电阻率为5．9xl酽Q·cm，载流子迁移率为20．2cm2V。S_I，可见光透射率

4、大于90％。研究表明，氧分压对室温制备的薄膜的载流子浓度有很大的影响，因此薄膜的电阻率和透射率对其很敏感。AFM分析表明，室温制备的IMO薄膜表面颗粒细小均匀，方均根粗糙度仅为O．8nln，为研究开发IMO薄膜在柔性基板上的制备技术建立了良好的基础。关键词：掺钼氧化铟掺钨氧化铟直流反应磁控溅射法室温载流子迁移率塑里皇王堡主兰竺丝苎垩翌曼皇墨些塑苎堕竺型墨兰里塞丝!兰墨AbstractTransparentconductiveoxidefilmsofboth111203：Mo(IMO)and1n203．W(iwo)havebeensucce

5、ssfullyfabricatedbyusingdereactivemagnctronspuRenngfrommetallictargetsofIn／MoandIIl，Ⅳ。respectively．Thedependenceofelectrical，opticalandstructurepropertiesofbo也IMOandIWOfilmsondepositionparameters，suchasoxygenpartialpressure，substratetemperature，andsputteringcurrent，havebe

6、eninvestigatedindetail．IMOfilmspreparedbydcreactivemagnetronsputteringarepoly-crystallinebixbyitestructure，andhavebettercrystallinepropertythanthatoffilmsdepositedbythermalreactiveevaporation．TheexperimentalconditionofdemagnetronsputteringforIMOfilmsWlthgoodoptoelectricpr

7、opertieshasbeenestablished．11lelowestelectricalresistivityofIMOfilmswas3．7x104Q·cmandthebestcarriermoblhWofIM0Wasabout50cm2V4S～．n圮highestaveragevisibletransmittanceoftheIMOfilmWas89％．mresultsshowthatoxygenpartialpressuregreatlyeffectsonthephotoelectncityofIMOthinfilms，and

8、molybdenumdopantandoxygenvacanciesarethedominantfactorstoenhancetheconductivity．111ewideningofop