In2O3基透明导电薄膜的生长技术(2)

　　溅射法具有衬底温度低，薄膜质纯，组织均匀密实，牢固性和重现性好等优点。周平[7]等用电子束加热和直流磁控溅射两种方法制备ITO薄膜，发现后者在红外波段透过率较高。溅射功率、气压、时间、衬底温度等对薄膜的结构及光电性能有重要影响。
　　表2展示氧分压和沉积温度对不同材料薄膜光电性质的影响。才玺坤[8]等制备In2O3薄膜时发现适当的气压和少量O2能改善薄膜光电性能。用纯Ar进行实验，增大气压引起电阻率先减小后增加，2～3Pa之间可达最低，2Pa时达到4.07×10-3Ω·cm；红外区平均透过率较低。O2含量增加使得电阻率和透过率增加，少量的O2（O2：Ar=0.5：30）可引起电阻率升高一个数量级，载流子浓度降低一个数量级。通O2后红外区平均透过率达到85%。袁果[9～10]等研究了氧分压和沉积温度对IMO薄膜性能的影响。在氧分压0～2%之间，电阻率随着氧分压加大先增加后减小，到1.25%达到最低1.4×10-4Ω·cm后又增加；透过率先增加后减小，在1.25%时最大，可见及近红外区有氧条件下平均大于80%。电阻率随着沉积温度的升高而降低，350℃获得最小值6.9×10-4Ω·cm；在近红外区，透过率随沉积温度的升高而增大，在中红外区则随沉积温度的升高而降低。冯佳涵，杨铭[11～12]等证实了随着气压增大，电阻率先下降后很快上升。溅射电流加大，迁移率降低，电阻率略微降低然后升高。基板温度升高，迁移率升高，电阻率降低，380℃时获得最低电阻率2.8×10-4Ω·cm。透过率受气压和溅射电流变化影响不大，而随着基板温度的上升迅速提高，360℃时可见光区平均透过率可达86%。载流子浓度和迁移率对氧分压敏感，随着氧分压的增加，相同厚度的IWO薄膜透过率呈上升趋势；1.7×10-2Pa制备的样品较薄，具有最高的平均透过率。电阻率相近的IWO薄膜迁移率远高于相同制备条件下得到的ITO薄膜，透过率更高。
　　李世涛[13]等证实ITO薄膜的沉积速率和折射率与氧流量有关，薄膜厚度为60nm，氧流量在9sccm时，透射率超过80%（波长400nm～700nm，包括玻璃基体），退火后透过率、方阻明显改善。颜鲁婷[14]等在制备掺钛氧化铟（ITiO）薄膜时发现，氮气氛围下较低的退火温度能够部分提高薄膜的电学性能，退火温度继续升高，薄膜的电学性能反而下降。250℃是氮气气氛中最佳的退火温度。与氮气氛围相比，真空下退火更有助于提高电子迁移率，并且随退火温度升高，电子迁移率逐渐升高并达到稳定值。真空退火温度为580℃时，获得最大的迁移率为50cm2/V·s，最小的载流子密度为4.41×1020cm-3。经580℃真空退火，325nm厚掺钛氧化铟薄膜在530～1100nm波长范围内平均透过率接近80%，方阻降低至10Ω/□，可以满足作为太阳能电池窗口材料的要求。李桂锋[15]等制备的IWO薄膜性能良好，电阻率随着氧分压的增加而呈现先减小后增加的变化规律。
　　得到的最高迁移率为65.1cm2/V·s，对应电阻率为3.8×
　　10-4Ω·cm，可见光平均透射率为85.1%，退火后电阻率有明显的改善，最小为2.2×10-4Ω·cm，对应的迁移率为63.5cm2/V·s，可见光平均透射率为83.2%。
　　4脉冲激光沉积
　　脉冲激光沉积法容易获得期望化学计量比的多组分薄膜，即具有良好的保成分性；沉积速率高，试验周期短，衬底温度要求低，制备的薄膜均匀；工艺参数任意调节，对靶材的种类没有限制；发展潜力巨大，具有极大的兼容性；便于清洁处理，可以制备多种薄膜材料。然而不易制备大面积薄膜。
　　杨亚军[16]等分别改变衬底温度和氧分压，证实衬底温度300℃和氧分压1.33Pa制备的ITO薄膜性能最佳，平均透过率为80%，方块电阻在100～200Ω/□之间。张春伟[17]等用部分Mo6+代替Sn4+制备ITO靶材，以便提高导电性。更改沉积温度，发现随着温度的升高，电阻率降低，在500℃时达到最低2.611×10-4Ω·cm。沉积温度对透过率的影响不大，可见光区最低透过率大于80%，平均透过率在90%以上，禁带宽度基本稳定在为4.29eV左右。300℃时结晶最好，有最高的透过率。刘振华[18]等制备了InSnGaMo薄膜，研究表明从300～500℃，薄膜的晶化程度提高，迁移率、载流子浓度和电阻率在450℃出现V点，此时薄膜性能最好，电阻率为4.15×10-4Ω·cm，载流子浓度和迁移率最高分别为3×1020cm-3，45cm2V-1s-1，平均透过率92%以上，且波长为362nm时，最高透射率达99%。王海峰[19]等制备了IWO和ITO两种透明导电膜并进行退火处理，实验表明二者电阻率相近，IWO的迁移率是ITO薄膜的5倍，具有更佳的表面形貌和近红外区透过率，抗激光损伤能力更强。该IWO薄膜在室温下具有7.85×10-4Ω·cm的电阻率并伴随有1.2×1020cm-3的载流子浓度和66.3cm2v-1s-1的载流子迁移率。在400nm～2000nm光波长范围内，平均透过率大于85%。
　　5溶胶一凝胶技术