溫度對(duì)膜的影響

1、沉底溫度對(duì)膜的影響、對(duì)膜結(jié)構(gòu)的影響(a)室溫：(b)IOO C； (c)200(d)300 C圖5不同襯底溫度下沉積的AZO薄膜的XRD譜(AZO透明導(dǎo)電薄膜的制備J，電子元件與材料，山西科技大學(xué)，2012,)圖4-7a不同基底溫度下AZO薄膜的XRD檢測(cè)結(jié)果襯底溫度對(duì)薄膜結(jié)晶性能的影響顯著?；旧想S襯底溫度的升高，膜的結(jié)晶質(zhì)量變好。當(dāng)基底表面溫度較低時(shí)，粒子的遷移率較低，形成的薄膜密度低、多孔、表面粗糙。隨著基底溫度的升高，沉積粒子可獲得足夠能量沿表面和體內(nèi)遷移，與其它粒子相結(jié)合形成晶體，晶體生長(zhǎng)速率加快，晶粒變大，薄膜潔凈度提高。但薄膜的結(jié)晶程度不會(huì)隨著基底溫度的升高越來(lái)越好，溫度過(guò)高，薄

2、膜的結(jié)晶程度反而有所下降趨勢(shì)，這是因?yàn)闇囟冗^(guò)高時(shí)晶核生長(zhǎng)過(guò)快，剛濺射而成的薄膜還未及穩(wěn)定形成時(shí)新的粒子又沉積下來(lái)，影響了其致密性。本實(shí)驗(yàn)中，基底溫度200C時(shí)所形成的AZO薄膜，其內(nèi)應(yīng)力就大于基底溫度為150C時(shí)的樣品，結(jié)晶情況稍有下降。二、對(duì)膜表面形貌的影響(a)室溫；(b) 100 r； (c) 200 C； (d)300 C周6不同襯底溫度下沉積的AZO薄膜的SEM照片(AZO透明導(dǎo)電薄膜的制備J，電子元件與材料，山西科技大學(xué)，2012,) 隨著襯底溫度的升高，晶粒尺寸逐漸增大，晶粒趨于均勻，薄膜生長(zhǎng)更緊密，在室溫時(shí)薄膜取向性差，為表面多孔且非常粗糙的非晶結(jié)構(gòu)薄膜，隨著襯底溫度的升高，薄

3、膜表面原子團(tuán)的動(dòng)能增大，原子團(tuán)的遷移能力提升，遷移能高 的粒子在襯底表面更容易運(yùn)動(dòng)，有利于晶核擇優(yōu)生長(zhǎng)，產(chǎn)生大而均勻的晶粒，薄膜表 面變得致密。但襯底溫度過(guò)高(300 C)時(shí)，所沉積的AZO薄膜在各個(gè)方向上出現(xiàn)自由生長(zhǎng)，晶粒趨 向混亂，出現(xiàn)大顆晶粒，薄膜表面也較為粗糙，為多晶甚至非晶狀態(tài)。Figure 5. SEM micrographs of AZO thin films at different temperature圖5.不同14底溫度下AZO薄膜的SE【圖 a 15()。，b 20(ir, c 250X：, d 30() 1C在溫度較低的時(shí)候，薄膜的晶粒大小很不均勻，表面粗糙度較大，結(jié)

4、構(gòu)疏松，呈現(xiàn) 出絮狀結(jié)構(gòu)。較高的襯底溫度有利于濺射粒子在襯底表面的橫向擴(kuò)散，這將有助于薄膜的成核和 生長(zhǎng)，有利于薄膜的結(jié)晶和擇優(yōu)取向。隨著襯底溫度的升高，薄膜的結(jié)晶質(zhì)量逐漸改善，由絮狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榉涓C狀結(jié)構(gòu)。 薄膜表面平整，晶粒大小均勻，晶粒間隙少，結(jié)構(gòu)致密。所以，隨著襯底溫度的 升高，AZO薄膜的表面粗糙度逐漸降低。三、對(duì)透過(guò)率的影響圖7不同襯底溫度下沉積的AZO薄膜的透光率曲線（Al摻雜濃度、襯底和退火時(shí)間對(duì)ZnO薄膜特性的影響D,2011西北師范大學(xué)。）隨襯底溫度的升高，晶粒尺寸逐漸變大，且薄膜致密性提高，形成AZO薄膜的缺陷減少，對(duì)光的散射和吸收少，透過(guò)率提高；襯底溫度過(guò)高時(shí)，薄膜會(huì)出現(xiàn)

5、大顆晶粒，使其表面變粗糙，結(jié)晶度降低，晶界散射增 多，形成表面散射光，影響薄膜的透光性能。8crc=Es 言.卜wavelength(inm)Figure 4. Transmittance oi AZO thin films at difterent substrate temperature8crc=Es 言.卜wavelength(inm)Figure 4. Transmittance oi AZO thin films at difterent substrate temperature圖4.不同襯底溫度下AZO薄膜的透射光譜隨著溫度的升高，截止吸收邊向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)，即產(chǎn)生“藍(lán)移”現(xiàn)象

6、。這種現(xiàn)象可以 解釋為：隨著襯底溫度的升高，載流子濃度增加，增加的載流子填充于導(dǎo)帶中較低的能級(jí)， 并使價(jià)帶電子躍遷到導(dǎo)帶中較高的能級(jí)，使吸收邊緣向短波方向移動(dòng)，即Burstein-Moss效 應(yīng)。四、對(duì)電阻率的影響圖，AZO薄膜的方塊電阻隨襯底溫度的變化曲線（Al摻雜濃度、襯底和退火時(shí)間對(duì)ZnO薄膜特性的影響D,2011西北師范大學(xué)。）方塊電阻隨襯底溫度的升高先降低后升高.室溫下沉積的AZO薄膜結(jié)晶情況較差，一般為非晶體或?yàn)榫Я３叽巛^小的晶體，導(dǎo)致 晶界增多，晶界附近堆積著大量的吸附氧，這些吸附氧作為電子陷阱捕獲電子從而使 載流子濃度降低，薄膜電阻率升高，導(dǎo)電性能變差；隨襯底溫度升高，被濺射出

7、來(lái)的靶材粒子在襯底吸附后仍有較大的動(dòng)能，遷移性提高， 結(jié)晶變得有序，同時(shí)晶粒尺寸增大，有利于晶界中吸附氧的脫附，從而使晶界處缺陷 數(shù)目減小，缺陷密度降低，電子捕獲陷阱減少，使載流子濃度增加，AZO薄膜的導(dǎo)電 性能隨之提高。但襯底溫度過(guò)高時(shí)，薄膜晶粒過(guò)大，晶界勢(shì)壘增大，導(dǎo)致晶粒的取向性變差，氧缺位 減少，使晶界中缺陷增多，載流子濃度減少，從而使薄膜導(dǎo)電性能變差。Ts/CFigure 2. Electrical resistivity p of the films as a function of substrate temperature 圖2.襯底溫度對(duì)薄膜電阻率的影響溫度較低時(shí)，薄膜中晶粒尺

8、寸通常較小晶粒間界多，缺陷密度大，晶粒間界散射占 主導(dǎo)地位，從而使載流子的遷移率較小，因此薄膜電阻率較高，導(dǎo)電性能差。隨著襯底溫度的升高，靶材原子在成膜過(guò)程中具有足夠的能量，遷移更加充分，有 利于薄膜的有序結(jié)晶，晶粒尺寸增大，晶界缺陷密度降低，晶界散射、雜質(zhì)離化 散射發(fā)生幾率減小，從而有利于薄膜導(dǎo)帶中電子遷移率的提高。但是，較高的襯底溫度有利于A12O3的生成，使替位Al原子數(shù)量相對(duì)減少，降低 載流子濃度；溫度過(guò)高時(shí)，薄膜的結(jié)晶狀況變差，空洞增多，導(dǎo)致薄膜結(jié)構(gòu)疏松， 晶界缺陷增多，晶界勢(shì)壘增大，這也將降低載流子濃度，使電阻率上升，可見光 透過(guò)率下降。退火對(duì)膜的影響退火對(duì)膜的影響一、對(duì)膜結(jié)構(gòu)的影

9、響n-ew-suoc_200 150 100 50 0 200 150 100 50 0 200 150 10050 0 1 000 750 500 250 0 200 150 10050 0(002)2.5hooKJ n-ew-suoc_200 150 100 50 0 200 150 100 50 0 200 150 10050 0 1 000 750 500 250 0 200 150 10050 0(002)2.5hooKJ J。)(002)A15)1h35404550556020/deg.圖4-4不同退火時(shí)間卜A1摻雜濃度為O.Pat%ZnO薄膜的XRD衍射圖（Al摻雜濃度、襯底和退火時(shí)間對(duì)ZnO薄膜特性的影響D，西北師范大學(xué)，2011。）退火時(shí)間并沒(méi)有改變（AZO）薄膜的晶體結(jié)構(gòu)，可能會(huì)引起晶體生長(zhǎng)過(guò)程中擇優(yōu) 取向的改變。退火1.5h樣品可以得到最佳的（002）取向。對(duì)膜形貌的影響圖4-5不同退火時(shí)間