在線(xiàn)紫外輻照輔助沉積柔性ITO薄膜的分析

1、在線(xiàn)紫外輻照輔助沉積柔性ITO薄膜的分析 越來(lái)越多的電子器件朝著柔性化、超薄化的方向發(fā)展,國(guó)際上對(duì)有機(jī)柔性襯底ITO膜的需求日益迫切。有機(jī)柔性襯底ITO薄膜不但具有與玻璃襯底ITO膜相比較的透明導(dǎo)電特性,而且由于其可卷曲、可撓曲、重量輕、不易破碎、易于大面積生產(chǎn)、便于運(yùn)輸?shù)泉?dú)特優(yōu)點(diǎn),被廣泛地應(yīng)用于平板顯示器件,大面積異質(zhì)結(jié)薄膜太陽(yáng)電池、大面積透明電磁屏蔽等領(lǐng)域。 迄今為止已經(jīng)有磁控濺射、離子束濺射、電子束蒸發(fā)等多種低溫沉積ITO薄膜的技術(shù)。其中,磁控濺射是其主流技術(shù)。但是,目前所報(bào)道的磁控濺射沉積ITO薄膜技術(shù),為了獲得光電性能較好的ITO薄膜,均需對(duì)柔性襯底開(kāi)展加熱,并嚴(yán)格控制氧分壓、濺射功

2、率、濺射時(shí)間等工藝參數(shù)。然而,有機(jī)柔性襯底不同于玻璃襯底,存在軟化點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性差的缺點(diǎn),受熱時(shí)易變形,濺射時(shí)容易發(fā)生有機(jī)分子裂解污染ITO薄膜。另一方面,如果襯底溫度過(guò)低,則會(huì)導(dǎo)致載流子遷移率降低,膜層的晶粒尺寸偏小、電阻率偏大、可見(jiàn)光透射率偏低 。因此,如何在柔性襯底上低溫沉積優(yōu)質(zhì)ITO 薄膜,成了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。 本文在射頻磁控濺射過(guò)程中引入在線(xiàn)紫外幅照,室溫條件下在聚酯薄膜(PET)襯底上沉積了性能優(yōu)良的柔性ITO薄膜。通過(guò)四探針測(cè)試儀、分光光度計(jì)、原子力顯微鏡、X射線(xiàn)衍射儀等測(cè)試儀器,對(duì)未采用和采用在線(xiàn)紫外輻照制備的薄膜開(kāi)展測(cè)試,通過(guò)比照探討了在線(xiàn)紫外輻照對(duì)薄膜的光電性能、表面形

3、貌和生長(zhǎng)取向的影響。 1、紫外輻照輔助沉積柔性ITO薄膜的研究實(shí)驗(yàn) 本實(shí)驗(yàn)在自制的多功能磁控濺射鍍膜設(shè)備上開(kāi)展,濺射源為平面磁控靶,真空室內(nèi)布置了紫外燈,在制備過(guò)程中引入在線(xiàn)紫外輻照。襯底為PET薄膜,ITO靶材采用In2O3SnO2(w.t.)為91的熱壓陶瓷靶,在室溫下開(kāi)展。鍍膜前,襯底首先用電子清洗劑去除油垢,再用去離子水超聲清洗10min,最后在乙醇蒸汽中干燥。鍍膜時(shí)的本底真空為5 10-3Pa ,濺射氣體為氬氧的混合氣體,靶基距為8cm ,濺射功率為350W,時(shí)間為10min。為了便于比照,分別開(kāi)展了兩組實(shí)驗(yàn):實(shí)驗(yàn)1 ,不采用在線(xiàn)紫外輻照,制備ITO薄膜樣品1;實(shí)驗(yàn)2,采用功率為8W

4、,波長(zhǎng)為365nm的紫外線(xiàn)燈開(kāi)展在線(xiàn)輻照,紫外線(xiàn)燈離PET薄膜距離為25cm,到達(dá)樣品表面的光線(xiàn)照度為320Wcm-2,制備ITO 薄膜樣品2。 樣品膜厚采用AMBIOS TECHNOLOGY公司生產(chǎn)的XP-2型臺(tái)階儀測(cè)量;方塊電阻采用SZ-82數(shù)字式四探針測(cè)試儀測(cè)量;可見(jiàn)光透過(guò)率采用U-4100型分光光度計(jì)測(cè)量;樣品的表面形貌采用SPI3800N型原子力顯微鏡測(cè)量;XRD譜采用D8 ADVANCE 型X 射線(xiàn)衍射儀測(cè)量。 2、紫外輻照輔助沉積柔性ITO薄膜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 ITO 薄膜作為一種透明導(dǎo)電的半導(dǎo)體材料,電阻率和可見(jiàn)光區(qū)的透射率是衡量其光電性能的兩個(gè)重要指標(biāo)。 2.1、對(duì)ITO薄膜

5、電阻率的影響 當(dāng)濺射功率為350W,氬氣壓強(qiáng)為6.510-1Pa時(shí),調(diào)節(jié)氧氣壓強(qiáng)在00.1Pa 范圍內(nèi)變化,分別在制備過(guò)程中未采用或者采用在線(xiàn)紫外輻照,制備了ITO薄膜,并用SZ-82數(shù)字式四探針測(cè)試儀測(cè)量了薄膜的方塊電阻。圖1是方塊電阻隨氧氣壓強(qiáng)的變化曲線(xiàn),其中,曲線(xiàn)1為樣品1的變化曲線(xiàn),曲線(xiàn)2為樣品2的變化曲線(xiàn)。由圖1可知,樣品2 的方塊電阻明顯小于樣品1。由于樣品薄膜厚度幾乎相同,所以方塊電阻和電阻率的變化趨勢(shì)相一致。當(dāng)氧氣的壓強(qiáng)為0.02Pa 時(shí),在線(xiàn)紫外輻照下制備的ITO薄膜的方塊電阻最低,為5,比未經(jīng)紫外照射所得到的最低方阻9有明顯降低。我們采用XP22 型臺(tái)階儀測(cè)得ITO薄膜的厚度為500nm。因此,在濺射功率為350W,氬氣壓強(qiáng)為6.510-1Pa ,氧氣壓強(qiáng)為0.02Pa,采用在線(xiàn)紫外輻照制備ITO薄膜的最低方塊電阻為5,電阻率為2.510-4cm。 圖1 ITO 薄膜方塊電阻的比照值;1-樣品1;2-樣品2 2.2、對(duì)ITO薄膜可見(jiàn)光區(qū)透射率的影響 我們用U-4100型分光光度計(jì)測(cè)量了樣品1和樣品2的可見(jiàn)光透射率,如圖2所示。其中,曲線(xiàn)1為樣品1的可見(jiàn)光透射率,曲線(xiàn)2為樣品2的可見(jiàn)光透射率。由圖2不難看出, 在波長(zhǎng)為390nm780nm的可見(jiàn)光范圍內(nèi),樣品2的透射率比樣品1提高了5% ,最高透射率