真空科学与技术学报,最新,2011年

280真 空 科 学 与 技 术 学 报第31卷

实验中利用DMS和EFDMS两种技术,通过控制溅射时间分别在室温与高温(375 )两种条件下制备出厚度相同的4种ITO薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、紫外 可见分光光度计(UV VIS)、四探针电阻仪、椭偏光谱仪等表征样品的表面形貌、

光电性能及膜厚。

高温(375 )条件下两种技术制备的ITO薄膜均具有In2O3立方晶体结构,且结晶质量很好,如图4(b)。其衍射峰半高宽分别为0 1762(EFDMS技术)、0 1755(DMS技术),由Scherrer公式[9]

D=(1)

(其中k=3 89, =0 154056nm为X射线波长, 为半高宽)可知晶粒尺寸基本未发生变化。这是因

为在高温条件下,高能粒子轰击引起的温升权重很小,可视为使用两种技术时衬底温度相近,且在此温度下溅射粒子到达衬底后都有足够的动能迁移到能量较低的位置,故两种薄膜的结晶质量都很好,晶粒尺寸基本相同。3 2 表面形貌

图5中分别为室温与高温(375 )条件下EFDMS和DMS两种技术制备的ITO薄膜SEM照片。图5(a)较图5(b)的粒径更小,表面更平整,其原因是EFDMS技术降低了粒子轰击引起的温升,抑制了薄膜颗粒的聚积长大,降低了薄膜表面粗糙度,所以EFDMS技术有非常显著的颗粒细化作用。对比图5(c)和图5(d),可发现高温条件下两种技术制备的薄膜表面颗粒尺寸虽大小相近,但EFDMS技术制备的薄膜颗粒分布均匀,表面平整;而DMS技术制备的薄膜表面颗粒堆积成块状,且分布不均匀,薄膜表面粗糙度很高。其原因是DMS技术中高能粒子打入膜层后会在膜中引起很大的内应力,从而改变薄膜局部的生长方式,出现如图(d)中的颗粒堆积状表面形貌。而EFDMS技术过滤电极滤掉大部分高能电子,减少了轰击引起的内应力,降低了薄膜表面粗糙度。

图6分别为室温与高温(375 )条件下EFDMS和DMS两种技术制备的ITO薄膜AFM照片。由照片可看出利用EFDMS技术在室温条件下使薄膜的表面粗糙度由Ra=1 717nm(图(b))降低至Ra=0 733nm(图(a)),在375 条件下使薄膜的表面粗糙度由Ra=2 626nm(图(d))降低至Ra=2 224nm(图(c))。由此可见EFDMS技术可有效降低薄膜的表面粗糙度,在低温下效果尤其明显,这与SEM结果一致。3 3 透光率

图7分别为室温与高温(375 )条件下EFDMS和DMS两种技术制备的ITO薄膜透射图谱。可以看出EFDMS技术对ITO薄膜的透光率基本没有影[10]

3 实验结果与分析

3 1 XRD测试

图4分别为室温与高温(375 )条件下EFDMS和DMS两种技术制备的ITO薄膜XRD谱。室温条件下ITO薄膜结晶质量都不好,如图4(a)所示。其原因是室温时溅射粒子在衬底上没有足够的动能和时间迁移至能量较低的位置,导致结晶质量变差;由图中还可看出DMS技术较EFDMS技术制备的薄膜结晶质量稍好,这是由于室温条件下由高能粒子轰击引起的温升权重较大,而在EFDMS技术镀膜过程中大部分高能电子被过滤,由粒子轰击引起的温升减小,使到达衬底后的溅射产物粒子迁移率进一步减小,结晶质量更差。

图4 不同条件下的ITO样品的XRD测试结果Fig 4 XRDpatternsforthedifferentITOthinfilms