在線紫外輻照輔助沉積柔性ITO薄膜的研究
越來越多的電子器件朝著柔性化、超薄化的方向發(fā)展,國際上對有機(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膜相比擬的透明導(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)泉毺貎?yōu)點,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,均需對柔性襯底進(jìn)行加熱,并嚴(yán)格控制氧分壓、濺射功率、濺射時間等工藝參數(shù)。然而,有機(jī)柔性襯底不同于玻璃襯底,存在軟化點低、熱穩(wěn)定性差的缺點,受熱時易變形,濺射時容易發(fā)生有機(jī)分子裂解污染ITO薄膜。另一方面,如果襯底溫度過低,則會導(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)前的研究熱點之一。
本文在射頻磁控濺射過程中引入在線紫外幅照,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。通過四探針測試儀、分光光度計、原子力顯微鏡、X射線衍射儀等測試儀器,對未采用和采用在線紫外輻照制備的薄膜進(jìn)行測試,通過對比探討了在線紫外輻照對薄膜的光電性能、表面形貌和生長取向的影響。
1、紫外輻照輔助沉積柔性ITO薄膜的研究實驗
本實驗在自制的多功能磁控濺射鍍膜設(shè)備上進(jìn)行,濺射源為平面磁控靶,真空室內(nèi)布置了紫外燈,在制備過程中引入在線紫外輻照。襯底為PET薄膜,ITO靶材采用In2O3∶SnO2(w.t.)為9∶1的熱壓陶瓷靶,在室溫下進(jìn)行。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,時間為10min。為了便于對比,分別進(jìn)行了兩組實驗:實驗1 ,不采用在線紫外輻照,制備ITO薄膜樣品1;實驗2,采用功率為8W,波長為365nm的紫外線燈進(jìn)行在線輻照,紫外線燈離PET薄膜距離為25cm,到達(dá)樣品表面的光線照度為320μW·cm-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型臺階儀測量;方塊電阻采用SZ-82數(shù)字式四探針測試儀測量;可見光透過率采用U-4100型分光光度計測量;樣品的表面形貌采用SPI3800N型原子力顯微鏡測量;XRD譜采用D8 ADVANCE 型X 射線衍射儀測量。
2、紫外輻照輔助沉積柔性ITO薄膜的實驗結(jié)果與分析
ITO 薄膜作為一種透明導(dǎo)電的半導(dǎo)體材料,電阻率和可見光區(qū)的透射率是衡量其光電性能的兩個重要指標(biāo)。
2.1、對ITO薄膜電阻率的影響
當(dāng)濺射功率為350W,氬氣壓強(qiáng)為6.5×10-1Pa時,調(diào)節(jié)氧氣壓強(qiáng)在0～0.1Pa 范圍內(nèi)變化,分別在制備過程中未采用或者采用在線紫外輻照,制備了ITO薄膜,并用SZ-82數(shù)字式四探針測試儀測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,其中,曲線1為樣品1的變化曲線,曲線2為樣品2的變化曲線。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相一致。當(dāng)氧氣的壓強(qiáng)為0.02Pa 時,在線紫外輻照下制備的ITO薄膜的方塊電阻最低,為5Ω,比未經(jīng)紫外照射所得到的最低方阻9Ω有明顯降低。我們采用XP22 型臺階儀測得ITO薄膜的厚度為500nm。因此,在濺射功率為350W,氬氣壓強(qiáng)為6.5×10-1Pa ,氧氣壓強(qiáng)為0.02Pa,采用在線紫外輻照制備ITO薄膜的最低方塊電阻為5Ω,電阻率為2.5×10-4Ω·cm。
圖1 ITO 薄膜方塊電阻的對比值;1-樣品1;2-樣品2
2.2、對ITO薄膜可見光區(qū)透射率的影響
我們用U-4100型分光光度計測量了樣品1和樣品2的可見光透射率,如圖2所示。其中,曲線1為樣品1的可見光透射率,曲線2為樣品2的可見光透射率。由圖2不難看出, 在波長為390nm～780nm的可見光范圍內(nèi),樣品2的透射率比樣品1提高了5% ,最高透射率可達(dá)到92% ,優(yōu)于目前低溫制備的ITO薄膜的射光率(80%～90%)。因此,采用在線紫外輻照可以提高ITO薄膜的可見光透過率。
圖2 ITO 薄膜的可見光透射率;1-樣品1;2-樣品2
