IGZO薄膜的制备及性能研究

论文摘要

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%）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 TCO 薄膜概述
• 1.2 ZNO 基TCO 薄膜
• 1.3 IGZO 薄膜的研究进展
• 1.4 薄膜的制备方法简介
• 1.5 本文的研究内容及目的
• 2. IGZO 靶材与薄膜的制备及性能测试
• 20₃和IN₂0₃ 粉末的制备与表征'>2.1 GA₂0₃和IN₂0₃粉末的制备与表征
• 2.2 IGZO 靶材的制备与表征
• 2.3 IGZO 薄膜的制备与表征
• 2.4 小结
• 3. IGZO 薄膜的结构与形貌特征
• 3.1 引言
• 3.2 溅射时间对薄膜结构与形貌的影响
• 3.3 溅射功率对薄膜结构与形貌的影响
• 3.4 基底温度对薄膜结构与形貌的影响
• 3.5 小结
• 4. IGZO 薄膜的电学性能
• 4.1 引言
• 4.2 霍尔效应实验原理
• 4.3 靶基距对IGZO 薄膜电学性能的影响
• 4.4 溅射气压对IGZO 薄膜电学性能的影响
• 4.5 溅射时间对IGZO 薄膜电学性能的影响
• 4.6 溅射功率对IGZO 薄膜电学性能的影响
• 4.7 基底温度对IGZO 薄膜电学性能的影响
• 4.8 小结
• 5. IGZO 薄膜的光学性能
• 5.1 引言
• 5.2 靶基距对IGZO 薄膜光学性能的影响
• 5.3 溅射气压对IGZO 薄膜光学性能的影响
• 5.4 溅射时间对IGZO 薄膜光学性能的影响
• 5.5 溅射功率对IGZO 薄膜光学性能的影响
• 5.6 基底温度对IGZO 薄膜光学性能的影响
• 5.7 小结
• 6. 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表学术论文目录