Paper_ITO薄膜的光学性质及其测量

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1、北京工业大学硕士学位论文ITO薄膜的光学性质及其测量姓名：李天璘申请学位级别：硕士专业：物理电子学指导教师：高国20090501摘要ITO(Indiumtilloxide)薄膜具有良好的光电性质，广泛应用于各种微电子器件和光电子器件中。ITO薄膜可以单独或与其他材料一起构成增透膜。增透膜的厚度与材料的折射率有关，而ITO薄膜的折射率受多方面因素的影响。并且由于它具有复杂的微观结构和光学性质，所以很难测得其光学常数。因此测量ITO的光学常数就显得十分重要。通常采用分光光度计来获得ITO薄膜的折射率，但这种方法比较麻烦，费时费力。本文通过对ITO薄

2、膜的微观结构和光学性质进行分析，建立模型拟合出ITO薄膜的光学常数，并分析了工艺参数对光学常数的影响。最后，根据测得的光学常数对增透膜中ITO薄膜的厚度进行了优化。本文主要对以下几方面进行了研究：1．ITO薄膜拟合模型的研究。采用椭偏仪法拟合ITO薄膜的光学常数，关键在于建立适当的模型对椭偏参数进行拟合。建立拟合模型需从ITO薄膜的微观结构和光学性质两方面进行考虑。首先，ITO是一种梯度材料，通过对ITO薄膜横截面的SEM图像进行分析，发现可将ITO薄膜的梯度结构看作是由疏松的底层结构和致密的顶层结构构成的。其次，ITO薄膜在可见光范围内透过率

3、可达90％以上，因此在可见光范围内，可以用Cauchy模型对其光学常数进行拟合。在红外光区和紫外光区分别存在载流子吸收和带间吸收，因此采用Drude振子模型来模拟载流子吸收，Lorentz振子模型来模拟光的带间吸收。综合考虑ITO薄膜的微观结构和光学性质，建立了Cauchy模型、Drude模型、双振子模型、双层模型、梯度模型和三层模型对ITO薄膜的光学常数进行拟合。在此基础上，总结了建立拟合模型应遵守的两条原则：模型简单化原则和MSE最小原则。在对ITO的光学常数进行拟合时，应根据拟合的光谱范围和ITO薄膜的厚度选择拟合模型。2．ITO光学常数

4、影响因素的研究。北京工业大学工学硕士学位论文(1)蒸发速率对ITO光学常数的影响。蒸发速率对ITO的微观性质、光学常数和电学性质都有影响。实验发现，随着蒸发速率的提高，ITO薄膜的折射率和消光系数都会随之增大。(2)氧流量对ITO光学常数的影响。ITO薄膜的光学常数(折射率和消光系数)都随氧流量的增大而减小。这是因为，氧流量的改变会影响ITO薄膜的结晶情况和载流子浓度进而影响它的光学常数。(3)退火温度对ITO光学常数的影响。在低温进行退火时，ITO的折射率会有所减小，但随着退火温度的提高，折射率会随之提高。ITO的消光系数随着退火温度的提高持

5、续减小。当在4350C以上进行较长时间退火时(80s)，ITO的消光系数较未经退火时有所增加。(4)薄膜厚度对ITO光学常数的影响。ITO的折射率随厚度的增大而减小，消光系数随厚度的增大而增大。3．对ITO增透膜厚度的研究(1)通过分析不同工艺参数对ITO光电性质、机械和化学性能的影响，确定了生长ITO的最佳蒸发速率为1．5h／s，最佳氧流量为3sccm。(2)分析了ITO薄膜厚度的测量值与制备时的设定值之间的关系。发现测量值与设定值相差10％左右。j(3)分析了单层三ITO增透膜对应的最佳厚度。根据拟合得到的ITO折射4n0率进行计算，波长为

6、620nm的光所对应的兰ITO增透膜的厚度应为908A，因4n此制备ITO时，厚度设定在loloa左右。在A1GalnP片上分别蒸发980A、lOlOh、1040A和1120A的ITO薄膜，发现蒸发了1010AITO薄膜的LED的轴向光强最大，与计算结果一致。(4)分析了复合增透膜中的ITO虚设层对应的最佳厚度。根据拟合得到的，ITO折射率进行计算，波长为620nm的光所对应的三ITO虚设层的厚度应为2n1900A，因此制备ITO时厚度应设定在2100A左右。在A1GalnP片上分别蒸发1840A和2020A厚的ITO薄膜，发现蒸发了2020A

7、ITO薄膜的LED的轴向光强最大。关键词：ITO薄膜；椭偏仪；光学常数；电子束蒸发法；发光二极管ⅡABSTRACTAbstractITO(Indiumtinoxide)thinfilmsarewidelyusedastransparentelectrodesinalargevarietyofoptoelectronicandmicroelectronicdevicesbecauseofitsgoodopticalandelectricalproperties．Ithasbeenwidelystudied，butpeoplecannotmeasu

8、reitsopticalparameteraccuratelyforitscomplicatedmicrostructureandabsorption