Электрические и оптические свойства пленок ITO, полученных методом магнетронного распыления

Исследовались кристаллическая структура, электрические и оптические свойства пленок ITO, полученных при температурах подложки от 200 до 500°С путем прямоточного нереактивного магнетронного распыления механической смеси содержащей 95 мас.% In₂O₃ и 5 мас.% SnO₂. Пленки ITO, осажденные при температуре...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2000
Main Author:	Юрченко, Г.В.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2000
Series:	Вопросы атомной науки и техники
Subjects:	Пленочные материалы и покрытия
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78241
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Электрические и оптические свойства пленок ITO, полученных методом магнетронного распыления / Г.В. Юрченко // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 5. — С. 97-98. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-78241
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-782412025-02-09T10:18:19Z Электрические и оптические свойства пленок ITO, полученных методом магнетронного распыления Юрченко, Г.В. Пленочные материалы и покрытия Исследовались кристаллическая структура, электрические и оптические свойства пленок ITO, полученных при температурах подложки от 200 до 500°С путем прямоточного нереактивного магнетронного распыления механической смеси содержащей 95 мас.% In₂O₃ и 5 мас.% SnO₂. Пленки ITO, осажденные при температуре подложки 300°С, текстурированы в направлении [400] и имеют минимальный уровень микродеформаций и обладают оптимальным сочетанием оптических и электрических свойств. 2000 Article Электрические и оптические свойства пленок ITO, полученных методом магнетронного распыления / Г.В. Юрченко // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 5. — С. 97-98. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78241 537. 221:537.221 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Пленочные материалы и покрытия Пленочные материалы и покрытия
spellingShingle	Пленочные материалы и покрытия Пленочные материалы и покрытия Юрченко, Г.В. Электрические и оптические свойства пленок ITO, полученных методом магнетронного распыления Вопросы атомной науки и техники
description	Исследовались кристаллическая структура, электрические и оптические свойства пленок ITO, полученных при температурах подложки от 200 до 500°С путем прямоточного нереактивного магнетронного распыления механической смеси содержащей 95 мас.% In₂O₃ и 5 мас.% SnO₂. Пленки ITO, осажденные при температуре подложки 300°С, текстурированы в направлении [400] и имеют минимальный уровень микродеформаций и обладают оптимальным сочетанием оптических и электрических свойств.
format	Article
author	Юрченко, Г.В.
author_facet	Юрченко, Г.В.
author_sort	Юрченко, Г.В.
title	Электрические и оптические свойства пленок ITO, полученных методом магнетронного распыления
title_short	Электрические и оптические свойства пленок ITO, полученных методом магнетронного распыления
title_full	Электрические и оптические свойства пленок ITO, полученных методом магнетронного распыления
title_fullStr	Электрические и оптические свойства пленок ITO, полученных методом магнетронного распыления
title_full_unstemmed	Электрические и оптические свойства пленок ITO, полученных методом магнетронного распыления
title_sort	электрические и оптические свойства пленок ito, полученных методом магнетронного распыления
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2000
topic_facet	Пленочные материалы и покрытия
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78241
citation_txt	Электрические и оптические свойства пленок ITO, полученных методом магнетронного распыления / Г.В. Юрченко // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 5. — С. 97-98. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT ûrčenkogv élektričeskieioptičeskiesvojstvaplenokitopolučennyhmetodommagnetronnogoraspyleniâ
first_indexed	2025-11-25T20:24:15Z
last_indexed	2025-11-25T20:24:15Z
_version_	1849795287233593344
fulltext	УДК: 537. 221:537.221 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК ITO, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ Г.В. Юрченко Харьковский государственный политехнический университет, г. Харьков, Украина Исследовались кристаллическая структура, электрические и оптические свойства пленок ITO, полученных при температурах подложки от 200 до 500°С путем прямоточного нереактивного магнетронного распыления механиче- ской смеси содержащей 95 мас.% In2O3 и 5 мас.% SnO2. Пленки ITO, осажденные при температуре подложки 300°С, текстурированы в направлении [400] и имеют минимальный уровень микродеформаций и обладают оптимальным со- четанием оптических и электрических свойств. ВВЕДЕНИЕ В последнее время тонкие пленки ITO, получен- ные методом магнетронного распыления, привлекают внимание исследователей благодаря уникальному со- четанию низкой удельной электропроводности и высо- кой прозрачности в видимом диапазоне [1]. Такие пленки используются либо в конструкции фронтально- барьерных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) в качестве верхних прозрачных, проводящих электродов, либо в конструкции тыльно-барьерных ФЭП, где они являются пленочным широкозонным «окном», на которое затем осуществляется нанесение базовых слоев. В первом случае температура подлож- ки при формировании слоя ITO определяет интенсив- ность межфазного взаимодействия с нижележащим базовым слоем. Во втором случае, при формировании тыльнобарьерных ФЭП, температура подложки при получении пленок ITO влияет на характер изменения их оптоэлектрических свойств при последующем вы- сокотемпературном формировании приборной струк- туры в целом. Следовательно, температура формиро- вания слоя ITO оказывает влияние на эффективность фотоэлектрических процессов ФЭП. Таким образом, исследование влияния температу- ры подложки на кристаллическую структуру, оптиче- ские и электрические свойства слоев ITO является ак- туальной задачей при оптимизации верхних прозрач- ных электродов и широкозонных «окон» для высоко- эффективных пленочных ФЭП различных конструк- тивно-технологических решений. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБСУЖДЕНИЕ Пленки ITO осаждались на подложки из оптиче- ского стекла К8 методом нереактивного магнетронно- го распыления мишеней In2O3-SnO2 (95/5 мас. %) при постоянном токе. Мощность разряда составляла 100 Вт. Поликристаллические пленки ITO толщиной t=0.60…0.67 мкм были получены при варьировании температуры подложки (Ts) от 200 до 500°С. Путем аналитической обработки дифракционных линий определялся размер области когерентного рас- сеивания (L) и уровень микродеформации (ε) в полу- ченных слоях ITO. Величина удельного электросопротивления (ρ) ис- следуемых слоев определялась четырехзондовым ме- тодом с линейным расположением контактов. Концен- трация (n) и подвижность (µ) основных носителей за- ряда рассчитывалась на основании измерений ЭДС Холла [2]. Коэффициент пропускания пленок ITO (T) измерялся с помощью двухканального спектрофото- метра в диапазоне длин волн 400…850 нм. Дифрактометрический анализ пленок ITO, полу- ченных при различных температурах подложки пока- зал, что во всех исследованных пленках идентифици- ровалась только фаза In2O3 кубической модификации. Пленки были текстурированы в направлении [400] (см. рисунок). Анализ размеров областей когерентного рассеи- вания (ОКР) и уровня микродеформаций показывает, что наибольшим размером ОКР L=650А обладали пленки ITO, полученные при температуре подложки 400°С. Дальнейшее увеличение температуры подложки до 500°C приводит к снижению L до 350А. Минимальный уровень микродеформации ε =0,3510-3 имели пленки полученные при температуре подлож- ки 300°С. Уменьшение температуры подложки до 200°С и увеличение температуры подложки до 500°С приводит к возрастанию уровня микродеформации примерно в два раза. Результаты исследований оптических и электри- ческих свойств пленок ITO в зависимости от темпера- туры подложки при осаждении представлены в та- блице. Анализ полученных результатов показывает, что с ростом температуры подложки от 200 до 400°С проис- ходит монотонное уменьшение удельного 'электросо- противления от 6,4·10-4 до 1,9·10-4 Ом·см. Холловские измерения концентрации и подвижности основных но- сителей заряда свидетельствуют о том, что наблюдае- мое уменьшение µ обусловлено, в основном, увеличе- нием n от 3,9·1020 до 9,1·1020 см3. При этом µ возрас- тает от 25 см2/В·с при Тs=200°С до 43 см2/В·с при Тs=300°С, а затем начинает уменьшаться до 36 см2/В·с при Тs=400°С. Дальнейшее увеличение температуры подложки от 400 до 500°С приводит к увеличению ве- личины удельного электросопротивления от 1,9·10-4 до 2,9·10-4 Ом·см, что связано с одновременным умень- шением концентрации и подвижности основных носи- телей заряда. Во всем исследуемом интервале изменений темпе- ратуры подложки средняя величина прозрачности в видимом диапазоне монотонно уменьшается с 91% при Тs=200°С до 83% при Тs=500°С. Оптические и электрические свойства пленок ITO Ts, oC t, мкм T , % ρ, Ом·см ·10-4 n, см-3 ·1020 µ, см2/В·с 200 0.65 91 6.4 3.9 25 250 0.66 90 3.2 5.2 37 300 0.61 88 2.1 6.9 43 350 0.60 87 2.0 8.3 38 400 0.67 86 1.9 9.1 36 450 0.63 84 2.4 8.6 30 500 0.61 83 2.9 8.1 27 Все наблюдаемые при увеличении Тs изменения электрических свойств исследуемых пленок ITO мо- гут быть объяснены на основе существующих пред- ставлений о влиянии состава и структуры поликри- сталлических слоев ITO на их электрические характе- ристики. Известно [4], что в пленках ITO не все атомы Sn находятся в электрически активном состоянии: являются четырехвалентными и при этом замещают атомы In в кристаллической решетке соединения In2O3 [4]. Часть атомов олова находятся в электрически не активном двухвалентном состоянии, либо в четырехвалентном состоянии, но занимают междо- узлья и границы зерен поликристаллической пленки. Согласно результатам структурных исследований, уве- личение температуры подложки при получении пленок ITO до 400°С приводит к увеличению размеров области когерентного рассеивания, что обуславливает снижение концентрации атомов олова, находящихся в электрически не активном состоянии на зерногранич- ной поверхности, и увеличение концентрации атомов олова в объеме зерна в электрически активном состоя- нии. Известны также литературные данные [4], кото- рые свидетельствуют о том, что увеличение темпера- туры подложки при получении пленок ITO обуславли- вает уменьшение доли атомов олова в электрически не активном двухвалентном состоянии. Поэтому, очевид- но, что рост температуры подложки до 400°С при по- лучении исследуемых пленок ITO также может приво- дить к аналогичным процессам, которые в конечном итоге, способны вызывать увеличение концентрации основных носителей заряда, что и наблюдалось экспе- риментально в исследуемых слоях. Рост структурного совершенства пленок при увеличении температуры подложки приводит к уменьшению скорости поверх- ностной и объемной рекомбинации, что вызывает экс- периментально наблюдаемый рост подвижности основных носителей заряда. В пленках ITO с ростом температуры подложки до 300°С подвижность основ- ных носителей заряда возрастала, что находится в хо- рошем соответствии с результатами структурных ис- следований, учитывая то обстоятельство, что мини- мальный уровень микродеформаций наблюдался в слоях полученных при температуре подложки 300°С. Уменьшение концентрации и подвижности основ- ных носителей заряда в результате снижения размеров областей когерентного рассеивания при увеличении температуры подложки свыше 400°С можно связать с дроблением областей когерентного рассеивания из-за диффузии неконтролируемой акцепторной примеси (например, Na) из стеклянной пластины в растущий поликристаллический слой ITO. Кроме того, рост не- контролируемой акцепторной примеси в пленке ITO вызывает увеличение рассеивания основных носи- телей заряда (электронов) и их частичную компенса- цию. Подобное поведение подвижности и концентра- ции основных носителей заряда с ростом температуры подложки наблюдали авторы [4], которые интерпре- тировали наблюдаемые закономерности аналогичным способом. Для нахождения оптимальных условий получения прозрачных и проводящих пленок ITO оценивалось значение фактора качества Фts=T10·t/ρ [1]. Максималь- ное значение фактора качества Фts=8,2·10-2 Ом-1 на- блюдалось в пленках полученных при температуре подложки 300°C. ВЫВОДЫ Было установлено, что температура подложки при формировании поликристаллических пленок ITO ме- тодом прямоточного нереактивного магнетронного распыления определяет соотношение между количе- ством атомов олова находящихся в электрически неактивном и электрически активном состояниях. Показано, что при температурах подложки 300оС формируются текстурированные в нап-равлении [400] пленки ITO, обладающие оптимальными оптоэлектри- ческими характеристиками: удельное электросопро- тивление пленок толщиной 0,61 мкм составляет 2,1·10- 4 Ом·см при средней прозрачности в видимом диапа- зоне 88 %, что определяет критерий качества на уров- не 8,2·10-2 Ом-1 . ЛИТЕРАТУРА 1. К. Чопра, С. Дас. Тонкопленочные солнечные эле- менты. Москва: «Мир», 1986, 440 с. 2. Л.П. Павлов. Методы измерения параметров по- лупроводниковых материалов. Москва: «Высшая школа.», 1987, 239 с. 3. O. Marcovitch, Z. Klein, I. Lubezky Transparent con- ductive indium oxide film deposited on low temperat- ure substrates by activated reactive evaporation // Ap- plied Optics. 1989, vol. 28(14), р.2792-2795. 4. N. Balasubramanian, A. Subrahmanyam. Electrical and optical properties of reactively evaporated indium tin oxide (ITO) films dependence on substrate temperat- ure and tin concentration // J. Phys. D: Appl. Phys. 1989, vol. 22, р.206-209. Рентгендифрактограмма пленок ІТО при Ts =300°С УДК: 537. 221:537.221 ВВЕДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА ВЫВОДЫ ЛИТЕРАТУРА

Электрические и оптические свойства пленок ITO, полученных методом магнетронного распыления

Institution

Similar Items