发布时间 : 星期三 文章ITO透明导电薄膜替代品发展现状更新完毕开始阅读
氧的量及其活性显得尤为重要。为了制备用于LCDs的ITO透明电极，人们回顾了以往十多年的有关利用氧化物陶瓷靶材通过直流磁控溅射制备ITO薄膜的制膜技术[29,30]。例如，高密度ITO靶材和高缺氧制膜技术得到了长足的发展，这种制膜技术可以节约原料。利用此种ITO靶材通过直流磁控溅射，在反应室内通入氧气的情况下，即使在低温下，也能充分改善ITO薄膜表面电阻率的分布。高缺氧的AZO和GZO靶材很难利用，因为高温下，锌的蒸汽压要比铟的高。，利用氧化物靶材通过直流磁控溅射法制备AZO和GZO透明导电薄膜时，氧气的引入是不必要的，因为溅射靶材提供的氧已经过度了。这些过量氧气的存在与我们以前提到的“改善电阻率分布需要减少反应腔氧气含量和增加吸附在基板表面的氧的量”相矛盾[14,31]。此外，最近报道了在直流磁控溅射设备中引入交流电，有或无氢气介入的情况下制备的AZO薄膜电阻率分布得到了改善[5,28,32-34]。图2（a）显示了在80W直流恒压磁控溅射设备中引入各种功率的频率为13.56MHz的交流电源后，有或无氢的介入下AZO薄膜电阻率分布产生的影响，AZO薄膜是在温度为150和200℃的条件下沉积在玻璃基板上的厚度约200nm的薄膜沉积在与靶材表面平行放置的基板上[35]。
应当指出的是，在200℃或更低温度
图表 2 150和200℃没有氢气介入射频磁控溅射制备的AZO薄膜电阻率的空间分布
的条件下沉积的AZO薄膜也有大致相同的空间电阻率分布。并且，当交流电源功率达到100W时，与靶材侵蚀区对应的膜区的电阻率有明显的下降。因此，增加交流电源的功率可以相当大的改善电阻率的分布。除了引入交流电源，适量的氢含量也能于进一步改善电阻率分布。因此，可以断定，有氢或无氢的引入，射频磁控溅射适合制备用于LCDs透明电极的AZO薄膜。作为AZO薄膜厚度的函数，电阻率分布示于图3，AZO薄膜是在200℃通过射频磁控溅射引入氢的条件下沉积
的
。
图表 3 氢气介入射频磁控溅射制备的AZO薄膜电阻率空间分布与膜厚之间的关系
虽然厚度为200nm的AZO薄膜能够达到基本均匀的空间电阻率分布。但是当膜厚小于100nm时，电阻率空间分布显著退化，电阻率明显增加。但是应当指出的是，所有这些薄膜都是在最佳的条件下沉积的厚度200nm的薄膜，这些条件是：直流电源功率30W，交流电源功率70W，氢分压2%。据发现，膜厚依赖电阻率，其分布可以通过初始沉积条件：溅射条件，靶材属性来控制。特别地，控制靶材属性，例如通过MS沉积降低靶材的氧含量对于AZO和GZO的制备很
重要。
3.2 AZO和GZO薄膜的稳定性
据报道，非掺杂ZnO，AZO和GZO薄膜稳定性不如非掺杂In2O3和ITO薄膜：如在高温的氧化环境中电阻率增加，在酸碱溶液中很容易被腐蚀[14,36-40]。另外，在低于200℃条件下沉积在玻璃基板上的厚度范围在20到200nm的AZO和GZO透明导电薄膜在高湿度的环境（空气相对湿度90%，温度60℃）中暴露[5,11,12]，其电阻率会增加。然而，LCDs中使用的透明电极在高相对湿度的气氛中必须性能稳定。之前我们已经表明，AZO和GZO薄膜的性能可以通过提高结晶度和控制化学成分来改善，如改变掺杂的种类和量或再掺杂另一种物质[11,12,14,31,39,40]。在200℃条件下，在氢气的气氛中，通过射频磁控溅射和VAPE在玻璃基板上分别沉积的AZO和GZO薄膜的电阻率与暴露时间的关系示于图4。
图表 4 氢气介入射频磁控溅射制备的AZO薄膜与VAPE法制备的GZO薄膜电阻率与暴露时间的关系。
图中实心数据点表示薄膜开始时的电阻率。从图4我们可以看出：利用射频磁控溅射沉积的厚度约200nm的AZO薄膜具有实际应用的透明电极所要求的稳定性，而通过VAPE方法沉积的GZO薄膜要达到同样的稳定性，其厚度不能低于
300nm。通过各种方法在200℃的条件下，沉积在玻璃基板上的厚度约100nm的AZO和GZO薄膜的电阻率和暴露时间的关系示于图5，AZO使用的是MS或PLD，GZO则是用的VAPE。从图5可以看出：在同样的条件下沉积同样厚度的薄膜，通过PLD沉积的AZO薄膜的稳定性要高于MS沉积的AZO薄膜或VAPE沉。积的GZO薄膜。从以上结果可以得出这样的结论：AZO和GZO薄膜电阻率的稳定性主要依赖于沉积方法和膜厚度，掺杂杂质的种类与数量也对其有一定影响。
图表 5 各种方法制备的AZO和GZO薄膜电阻率与暴露时间的关系。
有人还发现，虽然掺杂3%Al的AZO薄膜有最低的电阻率，但是电阻率稳定性最高时Al的掺杂量为8%[11]。
图表 6 PLD制备的各种厚度AZO薄膜电阻率与暴露时间的关系。
图6给出了用PLD方法制备的厚度分别为20,35,50,100nmAZO薄膜的电阻率与暴露时间的关系。这些AZO薄膜是在温度为140℃[12]，Al掺杂量为8%的条件下沉积在玻璃基板上制备的。应当指出，PLD制备的厚度为100nm的AZO薄膜具有足够的稳定性，可以作为实际应用的透明电极，然而当厚度约50nm或更