真空科学与技术学报,最新,2011年

第3期姚 宁等:能量过滤磁控溅射技术制备ITO薄膜及其特性研究279

膜的光电性能;另外,溅射粒子的轰击也会对薄膜的生长方式产生影响,导致薄膜表面粗糙度增加。针对这些问题,本文对DMS技术进行改进,研究出一种称之为 能量过滤磁控溅射 的镀膜新技术,并首次采用该技术分别在室温与高温条件下在玻璃衬底上制备ITO薄膜,研究了其形貌、结构及光电性能,并与DMS技术制备的ITO薄膜进行了对比分析。

分将偏转至网格上,并通过接地排走,从而减少了因电子轰击引起的薄膜内部缺陷,并降低其表面粗糙度。图2为网栅上一个网格内各种溅射粒子的运动

轨迹示意图。

1 技术介绍

能量过滤磁控溅射(EnergyFilteredDCMagnetronSputtering,EFDMS)技术为本研究组自主研发技术。同DMS技术一样,该技术可用于制备各种金属、半导体和氧化物薄膜。EFDMS技术的基本原理是在DMS设备的沉积室内增置一过滤电极 金属网栅,利用过滤电极对溅射过程中产生的高能粒子进行过滤,抑制对衬底的轰击作用,达到减少薄膜内部缺陷和降低薄膜表面粗糙度的目的。过滤电极置于靶与衬底之间靠近衬底一侧且平行于衬底,并将其与衬底支架(接地)导电连接,使衬底支架和过滤电极都处于零电位,如图1

所示。

较之DMS技术,EFDMS技术制备薄膜时沉积速率会有所降低,这是因为过滤电极会阻挡部分溅射产物。

图2 溅射粒子运动轨迹示意图

Fig 2 Schematictrajectoryofthesputteringparticles

2 实验

采用CS 300DMS射镀膜机,以玻璃为衬底制备ITO薄膜。玻璃衬底首先经清洁剂反复清洗后,再用酒精、丙酮、去离子水超声振荡清洗,最后在氮气中吹干。实验参数为:沉积室本底真空小于3 0 10Pa;工作气压0 75Pa;氧氩比1 70;溅射功率130W。ITO靶材为纯度99 99%的氧化铟锡(90%In2O3,10%SnO2(质量比))陶瓷靶,尺寸为180mm 80mm 4mm;过滤电极为不锈钢网栅,网孔大小为

图1 EFDMS真空室结构图

Fig 1 ThestructurediagramofEFDMStechnology

3

0 18mm 0 18mm(见图3);靶材与衬底间距为

60mm,过滤电极与衬底间距为10mm

。

在采用DMS技术镀膜时,溅射产物及等离子体中的负离子,如O2 ,O ,e 等,对衬底有很强的轰击作用,影响了薄膜的表面粗糙度及光电性能[7-8]。引入过滤电极后,因溅射电压不变,阳极对溅射产物中正离子的排斥以降低其动能的作用与引入前无变化,故这部分离子到达衬底时的动能不变;但溅射产物中的负离子将受过滤电极的吸引而运动轨迹发生

偏转,O2,O 由于质量较大,向网格偏转的角度较小,其中绝大部分将通过网孔到达衬底,在其表面发生化学反应;而对于质量较小的电子e ,其中绝大部

图3 过滤电极网栅

Fig 3 Gridusedasthefilterelectrode