退火处理对氧化镁薄膜光学特性的影响.pdf

退火处理对氧化镁薄膜光学特性的影响 喻志农’ 薛唯‘ 郑德修’ 孙鏊’ (1．北京理工大学信息科学技术学院光电工程系 北京100051 2．西安交通大学电子物理与器件研究所 西安 710049) 摘要：氧化镁0江90)薄膜的光学特性直接和间接影响等离子体显示器的工作特性，研究MgO 薄膜的光学特性是很有必要的．本文研究了电子束蒸发法制备的氧化镁薄膜退欠后的可见，红外光 谱．高通氧量或高温专4备的MgO薄膜在退足后保持较高的可见光透过率，而低通氧量或较低温度 制备的薄膜的透过率在退火后下降．结晶取向或薄膜的结晶性是薄膜可见光谱变化的主要原因．表 面光洁度对可见光谱特性没有大的影响．退必使得所有M90薄膜的红外光谱申水吸收峰减弱．薄 膜致密性是薄膜红外光谱变化的主要原目． 关链弼：氧化镁薄膜；光学特性：退火 1．引言 氧化镁薄膜广泛应用于超导体的缓冲层和等离子体显示器的介质保护层，特别是作为等离子体 显示器Q日asmdisplaypanel，简称PDP的介质保护层，氧化镁薄膜是最理想的膜层11川。如果没有 氧化镁薄膜的保护作用，以PbO为主要成分的介质层因直接和等离子体接触，使得介质层容易被 溅射．显示器的寿命下降；而且PbO的二次电子发射系数较低．使得显示器的工作电压升高，显 示器的工作电压(嘲和二次电子发射系数(Y)的关系为： BP硅 圪= 式中一，丑为常数，p是气体压强，d是放电间距．因为有良好的抗溅射能力和高的二次电子发射系 数，氧化镁薄膜不仅可以保护介质层，延长PDP的寿命，而且可以降低工作电压和提高光强度p q． 彩色等离子体显示器的研究开发随着量产的开始而日趋活跃。研究范围逐渐深入，研究队伍日 益壮大．彩色PDP面临两个关键技术问题，一是发光效率不高，二是生产成本高。围绕这两个基 本问题，日本和韩国各大公司、研究所和大学，就器件的工作机理和结构，驱动电路和器件制作工 艺进行了深入的研究．但目前为止，虽然在器件发光效率的研究上还没有取得突破性进展。但利用 现有的工作模式亮度有了较大的提高。氧化镁薄膜和以上两个关键技术问题都有关，由于制备条件 的不同，产生的不同结构的薄膜对PDP的影响程度不同．比如：薄膜可见光透过率或PDP的光强度 及发光效率因为薄膜的吸收而变化，尽管氧化镁薄膜理论上在可见光区域是透明的；氧化镁薄膜中 的羟基或水含量影响薄膜的二次电子发射系数。水含量越大，二次电子发射系数越小．器件的工作 电压升高，驱动电路的制作成本增加，而影响水含量的主要因素是薄膜的致密度．显然，薄膜越致 密，越不易吸水． 本文利用电子束蒸发制各氧化镁薄膜。分析了不同工艺条件下制备的MgO薄膜在高温退火后 的可见、红外光谱，并对各种光谱变化的原因进行了讨论和分析。为制作性能优越的等离子体显示 器件打下基础。 2．实验 浮法玻璃和单晶硅片作为基底材料。所有的样品都在超声波中经丙酮或酒精和乙醚的混台液清 洗。纯度为99．99％的单晶氧化镁块料作为蒸发材料。在沉积薄膜前，玻璃样品经过辉光放电产生 的离子轰击清洗，并在真空中加热到30012去气lh，然后冷却到所需要的基底温度。在沉积薄膜的 过程中，不通氧时真空度保持在io-3Pa数量级：通氧时，真空度保持在io-2Pa数量级。薄膜退火 条件是：空气环境，450C，30min．薄膜厚度和沉积速率通过靠近基底的石荧晶振片来监测，厚度 U3501型分光光度计测量：红外透射光谱由PE公司的红外光谱仪测量；表面形貌利用原予力显微 镜测量。 3．结果与讨论 利用电子束蒸发制备的氧化镁薄膜的可见光谱见图l。薄膜的可见光透过率在900左右。在 吸收峰．这是典型的羟基或水分的吸收峰位，表明电子束蒸发制各的MgO薄膜中含有大量的水分 或OH’存在．在400cm-I附近也有一吸收峰。这是Mg-O键的振动吸收峰。 3．1退火对可见光谱的影响 图3显示了基底温度对薄膜退火前的可见光谱的影响。从室温到300℃，可见光的平均透过率 都在90％左右，几乎没有变化．样品退火后，再测透过率，结果如图4。在基底温度为100℃以上 制各的薄膜平均透过率没有变化，只是透过率的极值所处在的波长位置发生了变化；而在低温甚至 室温下制各的薄膜退火后透过率的极大和极小值下降，平均透过率下降。 理论上MgO薄膜在可见光区域是透明的，