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IGZO薄膜的制备及性能研究
作 者: 胡加佳
导 师: 李晨辉
学 校: 华中科技大学
专 业: 材料学
关键词: IGZO薄膜 磁控溅射 光电性能 溅射参数
分类号: TB383.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
ITO薄膜被认为是光电综合性能最优的透明导电氧化物薄膜之一,其在工业上也有广泛的应用,但是ITO薄膜的原料金属铟资源稀少,因此近年来,研究者一直在寻找ITO薄膜的替代品,ZnO掺杂系列薄膜以其优异的性能成为ITO薄膜的最佳替代品。本实验采用低含量的铟和镓共掺杂ZnO制备出高密度的IGZO靶材,并运用射频磁控溅射法在改变基底温度、溅射时间、溅射功率、靶基距、溅射气压的条件下制备出一系列IGZO薄膜,运用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、霍尔效应仪(Hall-effect device)、紫外-可见分光光度计(UV-vis spectrometer)等测试手段对IGZO薄膜的性能进行了表征,研究了工艺参数对薄膜结构、形貌及光电性能的影响,并得到出了一些指导性结果。IGZO薄膜的结构性能和表面形貌受基底温度的影响比较大,随着基底温度的升高,薄膜的XRD图谱中的最强峰从(100)转变为(002)后又转变为(103)方向。不同基底温度下沉积的薄膜表面的组织结构呈锥形岛状结构,基底温度从150℃升至350℃的过程中岛状结构更为明显,当基底温度超过400℃以后,颗粒之间的界限变得模糊,岛状结构逐渐消失,薄膜的粗糙度下降。溅射时间和溅射功率在一定范围内的增加改善了薄膜的结晶性能,薄膜表面的岛状结构增大。随着溅射气压和靶基距的增加电阻率呈现出先减小后增加的趋势。随着溅射时间的增加,电阻率下降。基底温度的升高同时提高了的薄膜的载流子浓度和载流子迁移率,从而改善了薄膜的导电性能。当靶基距为55mm、溅射气压为0.5Pa、溅射时间为20min、溅射功率为200W、基底温度为450℃时,IGZO薄膜具有最低的电阻率6.83×10-4Ω.cm,此时载流子浓度为2.44×1020cm-3,霍尔迁移率为37.5cm2V-1S-1。随着溅射气压和靶基距的增加,IGZO薄膜的可见光平均透过率先上升后下降。随着溅射时间和溅射功率的增加,IGZO薄膜的可见光平均透过率呈下降的趋势。基底温度对薄膜的可见光平均透过率的影响没有明显的规律,但温度超过350℃后薄膜结晶性的改善和粗糙度下降提高了薄膜的透过率。当靶基距为55mm、溅射气压为0.5Pa、溅射时间为5min、溅射功率为200W、基底温度为300℃时,薄膜具有最高的可见光平均透过率76.45%(相对玻璃基底的可见光平均透过率为84.94%)。
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全文目录
摘要 4-6 Abstract 6-10 1. 绪论 10-25 1.1 TCO 薄膜概述 10-13 1.2 ZNO 基TCO 薄膜 13-18 1.3 IGZO 薄膜的研究进展 18-19 1.4 薄膜的制备方法简介 19-24 1.5 本文的研究内容及目的 24-25 2. IGZO 靶材与薄膜的制备及性能测试 25-36 2.1 GA_20_3 和IN_20_3 粉末的制备与表征 25-29 2.2 IGZO 靶材的制备与表征 29-32 2.3 IGZO 薄膜的制备与表征 32-35 2.4 小结 35-36 3. IGZO 薄膜的结构与形貌特征 36-48 3.1 引言 36 3.2 溅射时间对薄膜结构与形貌的影响 36-39 3.3 溅射功率对薄膜结构与形貌的影响 39-42 3.4 基底温度对薄膜结构与形貌的影响 42-46 3.5 小结 46-48 4. IGZO 薄膜的电学性能 48-60 4.1 引言 48-49 4.2 霍尔效应实验原理 49-51 4.3 靶基距对IGZO 薄膜电学性能的影响 51-52 4.4 溅射气压对IGZO 薄膜电学性能的影响 52-53 4.5 溅射时间对IGZO 薄膜电学性能的影响 53-54 4.6 溅射功率对IGZO 薄膜电学性能的影响 54-56 4.7 基底温度对IGZO 薄膜电学性能的影响 56-58 4.8 小结 58-60 5. IGZO 薄膜的光学性能 60-70 5.1 引言 60-61 5.2 靶基距对IGZO 薄膜光学性能的影响 61-62 5.3 溅射气压对IGZO 薄膜光学性能的影响 62-64 5.4 溅射时间对IGZO 薄膜光学性能的影响 64-65 5.5 溅射功率对IGZO 薄膜光学性能的影响 65-67 5.6 基底温度对IGZO 薄膜光学性能的影响 67-69 5.7 小结 69-70 6. 全文总结 70-72 致谢 72-73 参考文献 73-80 附录1 攻读学位期间发表学术论文目录 80
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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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