IZO透明导电氧化物薄膜的研究学习课程

1、243 13 3报 告 内 容研研 究究 意意 义义实 验 方 法实 验 成 果课 题 总 结第1页/共29页第一页，编辑于星期六：二点 四十一分。 目前，透明导电二元氧化物目前，透明导电二元氧化物 IZO薄膜薄膜作为作为ITO的替代物，正得到越来越广泛的替代物，正得到越来越广泛的关注。的关注。透明导电透明导电IZO薄膜薄膜第2页/共29页第二页，编辑于星期六：二点 四十一分。透明导电透明导电IZO薄膜薄膜 组分可调：多重物理化学特性。 低温制备：塑性好，高迁移率。 功函数高：可用于OLED。与与ITO相比：相比：第3页/共29页第三页，编辑于星期六：二点 四十一分。 功函数高，用于OLEDI

2、ZO能够减小阳极空穴势垒，提高空穴注入效率能够减小阳极空穴势垒，提高空穴注入效率5.0 eV4.7 eV透明导电透明导电IZO薄膜薄膜第4页/共29页第四页，编辑于星期六：二点 四十一分。Han-Ki Kim，Surface & Coatings Technology 203 (2008) 652656透明导电透明导电IZO薄膜薄膜第5页/共29页第五页，编辑于星期六：二点 四十一分。243 13 3报 告 内 容研研 究究 意意 义义实 验 方 法实 验 成 果课 题 总 结第6页/共29页第六页，编辑于星期六：二点 四十一分。国际上关于国际上关于IZO薄膜的研究薄膜的研究l磁控溅射

3、磁控溅射l脉冲激光沉积（脉冲激光沉积（PLD）l化学气相沉积化学气相沉积（CVD）l溶胶溶胶凝胶沉积凝胶沉积l喷雾热分解喷雾热分解第7页/共29页第七页，编辑于星期六：二点 四十一分。高 能 电 子 束瞬 间 烧 蚀粒子能量大化学计量比一致脉冲等离子体镀膜设备原理图脉冲等离子体镀膜设备原理图 全新的制备方法：脉冲等离子体沉积法（全新的制备方法：脉冲等离子体沉积法（PPD）创新点创新点第8页/共29页第八页，编辑于星期六：二点 四十一分。PPD的特点的特点制备方法制备方法PPD PLD CVD Sputtering 成分与靶材一致性成分与靶材一致性 好好好好差差化学度纯化学度纯好好差差好好沉积速

4、率可变性沉积速率可变性差差差差好好靶材可变性靶材可变性差差很差很差好好好好好好好好好好第9页/共29页第九页，编辑于星期六：二点 四十一分。243 13 3报 告 内 容研研 究究 意意 义义实 验 方 法实 验 成 果课 题 总 结第10页/共29页第十页，编辑于星期六：二点 四十一分。普通研钵粉末压片机管式电阻炉IZO靶材的制备靶材的制备第11页/共29页第十一页，编辑于星期六：二点 四十一分。203040506070622440400211InIn2 2O O3 3:ZnO（1:5）:ZnO（1:5）（60 wt.% ZnO）（60 wt.% ZnO）JCPDS#800075 ZnOJC

5、PDS#060416 In2O3InIn2 2O O3 3:ZnO（1:3）:ZnO（1:3）（47 wt.% ZnO）（47 wt.% ZnO） 强度强度 (arb. units.)2 (degree)10 wt.% ZnO222 成分比为国际上主流的三种成分比为国际上主流的三种IZO ：富：富In，In-Zn相当，富相当，富ZnIZO靶材的结构靶材的结构第12页/共29页第十二页，编辑于星期六：二点 四十一分。PPD制备制备IZO薄膜薄膜(In2O3:ZnO=1:3)PPD制备IZO薄膜的工艺条件工作气体O2工作压强2.2 Pa基板温度室温350 工作电压-19 kV工作电流3.0 mA脉

6、冲频率 2.0 Hz沉积时间60 min.第13页/共29页第十三页，编辑于星期六：二点 四十一分。IZO薄膜薄膜(In2O3:ZnO=1:3)的光电性能的光电性能50100 150 200 250 3000102030405060电阻率电阻率 (10-3cm)温 度温 度 ()电阻率：电阻率： 1.6310-3 cm 可见光区平均透射率：可见光区平均透射率：80%第14页/共29页第十四页，编辑于星期六：二点 四十一分。IZO薄膜薄膜电阻率电阻率 （cm）可见光可见光透射率透射率载流子载流子浓度浓度（cm-3）迁移率迁移率（cm2/Vs）温度温度（）制备制备方法方法年份年份In2Zn3O61

7、.0010-380-85%4.00102020.0500PLD1999In2Zn3O66.6710-490%3.40102027.0500PLD2000In2Zn3O61.6310-386%1.47102026.1350PPD2010与国际研究水平对比与国际研究水平对比电学性能不理想，转为研究富电学性能不理想，转为研究富In含量的含量的IZO薄膜（薄膜（10 wt.% ZnO）第15页/共29页第十五页，编辑于星期六：二点 四十一分。PPD制备制备IZO薄膜薄膜(10 wt.%)PPD制备IZO薄膜的工艺条件工作气体O2工作压强2.2 3.2 Pa基板温度室温工作电压-19 kV工作电流3.0

8、 mA脉冲频率 2.0 Hz沉积时间2060 min.第16页/共29页第十六页，编辑于星期六：二点 四十一分。203040506070RT100200300400强度强度 (arb. units.) 2 (degree) 222400 IZO（10 wt.%）薄膜结晶性随温度变化关系）薄膜结晶性随温度变化关系不同衬底温度下沉积的不同衬底温度下沉积的IZO薄膜的薄膜的XRD谱图谱图第17页/共29页第十七页，编辑于星期六：二点 四十一分。2.22.42.62.83.03.2020406080102030405001234载流子迁移率载流子迁移率 (cm2V-1s-1)载流子浓度载流子浓度 (1

9、020 cm-3) 电阻率电阻率 (10-4cm)氧 压氧 压 (Pa) 电阻率电阻率 载流子迁移率载流子迁移率 载流子浓度载流子浓度IZO （10 wt.%）薄膜电学性能随氧压的变化关系）薄膜电学性能随氧压的变化关系第18页/共29页第十八页，编辑于星期六：二点 四十一分。2030405060681012142.02.53.01020304050载流子迁移率载流子迁移率 (cm2V-1s-1)载流子浓度载流子浓度 (1020 cm-3)电阻率电阻率 (10-4cm) 沉积时间沉积时间 (min.) 电阻率电阻率 载流子浓度载流子浓度 载流子迁移率载流子迁移率IZO （10 wt.%）薄膜电学

10、性能随厚度的变化关系）薄膜电学性能随厚度的变化关系第19页/共29页第十九页，编辑于星期六：二点 四十一分。01002003004005.05.56.06.57.07.53.03.23.43.625303540载流子迁移率载流子迁移率 (cm2V-1s-1)载流子浓度载流子浓度 (1020 cm-3)电阻率电阻率 (10-4cm) 温 度温 度 () 电阻率电阻率 载流子浓度载流子浓度 载流子迁移率载流子迁移率IZO （10 wt.%）薄膜电学性能随温度的变化关系）薄膜电学性能随温度的变化关系第20页/共29页第二十页，编辑于星期六：二点 四十一分。3004005006007008009000

11、20406080100 3.0 Pa 2.8 Pa 2.6 Pa 2.4 Pa 2.2 Pa透射率透射率 (%)(%)波 长波 长 (nm) (nm)IZO （10 wt.%）薄膜光学性能随氧压的变化关系）薄膜光学性能随氧压的变化关系氧压氧压 （Pa）2.22.42.62.83.0透射率透射率 （%）80.780.983.783.985.6第21页/共29页第二十一页，编辑于星期六：二点 四十一分。300400500600700800900020406080100 251 nm 324 nm 460 nm 582 nm 703 nm透射率 (%)透射率 (%)波 长 (nm)波 长 (nm)I

12、ZO （10 wt.%）薄膜光学性能随厚度的变化关系）薄膜光学性能随厚度的变化关系厚度厚度 （nm）251324460582703透射率透射率 （%）91.288.888.685.480.7第22页/共29页第二十二页，编辑于星期六：二点 四十一分。300400500600700800900020406080100 400 300 200 100 RT透射率 (%)透射率 (%)波 长 波 长 (nmnm)IZO （10 wt.%）薄膜光学性能随温度的变化关系）薄膜光学性能随温度的变化关系温度温度 （）RT100200300400透射率透射率 （%）80.782.183.284.987.0第2

13、3页/共29页第二十三页，编辑于星期六：二点 四十一分。1.01.52.02.53.03.54.04.50246810121416(ah )2 (1010 cm-2 eV2)h (eV) 2.2 PaIZO薄膜的禁带宽度：薄膜的禁带宽度：3.6 eVIZO （10 wt.%）薄膜的禁带宽度）薄膜的禁带宽度第24页/共29页第二十四页，编辑于星期六：二点 四十一分。与国际研究水平对比与国际研究水平对比IZO薄膜薄膜电阻率电阻率 （cm）可见光可见光透射率透射率载流子载流子浓度浓度（cm-3）迁移率迁移率（cm2/Vs）温度温度（）制备制备方法方法年份年份10 wt. % ZnO5.0910-483%4.80102025.0RTDCMS200310 wt. % ZnO5.9610-480%2.02102051.9RTDCMS200510 wt. % ZnO7.9710-477%1.50102052.1RTRFMS200810 wt. % ZnO6.5610-480%2.79102032.1RTPPD2010与国际水平基本持平与国际水平基本持平第25页/共29页第二十五页，编辑于星期六：二点 四十一分。243 13 3报 告 内 容研研 究究 意意 义义实 验 方 法实 验 成 果课 题 总 结第26页/共29页第二十六页，编辑于星期六：二点 四十一分。靶 材烧结工艺烧