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溫度对膜影响
沉底温度对膜的影响
对膜结构的影响
(AZO透明导电薄膜的制备[J],电子元件与材料,山西科技大学,2012,)
衬底温度对薄膜结晶性能的影响显著。基本上随衬底温度的升高,膜的结晶质量变好。
当基底表面温度较低时,粒子的迁移率较低,形成的薄膜密度低、多孔、表面粗糙。
随着基底温度的升高,沉积粒子可获得足够能量沿表面和体内迁移,与其它粒子相结合形成晶体,晶体生长速率加快,晶粒变大,薄膜洁净度提高。
但薄膜的结晶程度不会随着基底温度的升高越来越好,温度过高,薄膜的结晶程度反而有所下降趋势,这是因为温度过高时晶核生长过快,刚溅射而成的薄膜还未及稳定形成时新的粒子又沉积下来,影响了其致密性。本实验中,基底温度200℃时所形成的AZO薄膜,其内应力就大于基底温度为150℃时的样品,结晶情况稍有下降。
对膜表面形貌的影响
(AZO透明导电薄膜的制备[J],电子元件与材料,山西科技大学,2012,)
随着衬底温度的升高,晶粒尺寸逐渐增大,晶粒趋于均匀,薄膜生长更紧密,
在室温时薄膜取向性差,为表面多孔且非常粗糙的非晶结构薄膜,
随着衬底温度的升高,薄膜表面原子团的动能增大,原子团的迁移能力提升,迁移能高的粒子在衬底表面更容易运动,有利于晶核择优生长,产生大而均匀的晶粒,薄膜表面变得致密。
但衬底温度过高(300 ℃)时,所沉积的AZO 薄膜在各个方向上出现自由生长,晶粒趋向混乱,出现大颗晶粒,薄膜表面也较为粗糙,为多晶甚至非晶状态。
在温度较低的时候,薄膜的晶粒大小很不均匀,表面粗糙度较大,结构疏松,呈现出絮状结构。
较高的衬底温度有利于溅射粒子在衬底表面的横向扩散,这将有助于薄膜的成核和生长,有利于薄膜的结晶和择优取向。
随着衬底温度的升高,薄膜的结晶质量逐渐改善,由絮状结构转变为蜂窝状结构。薄膜表面平整,晶粒大小均匀,晶粒间隙少,结构致密。所以,随着衬底温度的升高,AZO 薄膜的表面粗糙度逐渐降低。
对透过率的影响
(Al掺杂浓度、衬底和退火时间对ZnO薄膜特性的影响[D],2011西北师范大学。)
随衬底温度的升高,晶粒尺寸逐渐变大,且薄膜致密性提高,形成AZO 薄膜的缺陷减少,对光的散射和吸收少,透过率提高;
衬底温度过高时,薄膜会出现大颗晶粒,使其表面变粗糙,结晶度降低,晶界散射增多,形成表面散射光,影响薄膜的透光性能。
随着温度的升高,截止吸收边向短波长方向移动,即产生“蓝移”现象。这种现象可以解释为:随着衬底温度的升高,载流子浓度增加,增加的载流子填充于导带中较低的能级,并使价带电子跃迁到导带中较高的能级,使吸收边缘向短波方向移动,即Burstein-Moss效应。
对电阻率的影响
(Al掺杂浓度、衬底和退火时间对ZnO薄膜特性的影响[D],2011西北师范大学。)
方块电阻随衬底温度的升高先降低后升高.
室温下沉积的AZO 薄膜结晶情况较差,一般为非晶体或为晶粒尺寸较小的晶体,导致晶界增多,晶界附近堆积着大量的吸附氧,这些吸附氧作为电子陷阱捕获电子从而使载流子浓度降低,薄膜电阻率升高,导电性能变差;
随衬底温度升高,被溅射出来的靶材粒子在衬底吸附后仍有较大的动能,迁移性提高,结晶变得有序,同时晶粒尺寸增大,有利于晶界中吸附氧的脱附,从而使晶界处缺陷数目减小,缺陷密度降低,电子捕获陷阱减少,使载流子浓度增加,AZO 薄膜的导电性能随之提高。
但衬底温度过高时,薄膜晶粒过大,晶界势垒增大,导致晶粒的取向性变差,氧缺位减少,使晶界中缺陷增多,载流子浓度减少,从而使薄膜导电性能变差。
温度较低时,薄膜中晶粒尺寸通常较小晶粒间界多,缺陷密度大,晶粒间界散射占主导地位,从而使载流子的迁移率较小,因此薄膜电阻率较高,导电性能差。
随着衬底温度的升高,靶材原子在成膜过程中具有足够的能量,迁移更加充分,有利于薄膜的有序结晶,晶粒尺寸增大,晶界缺陷密度降低,晶界散射、杂质离化散射发生几率减小,从而有利于薄膜导带中电子迁移率的提高。
但是,较高的衬底温度有利于 Al2O3的生成,使替位 Al原子数量相对减少,降低载流子浓度;温度过高时,薄膜的结晶状况变差,空洞增多,导致薄膜结构疏松,晶界缺陷增多,晶界势垒增大,这也将降低载流子浓度,使电阻率上升,可见光透过率下降。
退火对膜的影响
一、对膜结构的影响
(Al掺杂浓度、衬底和退火时间对ZnO薄膜特性的影响[D],西北师范大学,2011。)
退火时间并没有改变(AZO)薄膜的晶体结构,可能会引起晶体生长过程中择优取向的改变。退火1.5h样品可以得到最佳的(002)取向。
二、对膜形貌的影响
(Al掺杂浓度、衬底和退火时间对ZnO薄膜特性的影响[D],2011西北师范大学。)
退火时间为1h、2h和2.5h时,样品中有较明显的一
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