氧分压对掺钼氧化铟透明导电薄膜光电性能的影响

采用射频磁控反应溅射法在k9玻璃衬底上制备了In2O3:Mo(IMO)透明导电薄膜,分析了不同氧分压条件下IMO薄膜的晶体结构、化学成分及光电性能。结果表明:不同氧分压下制备的IMO薄膜具有不同晶粒的取向性;随着氧分压的增加,薄膜的载流子浓度、载流子迁移率先增加后减小;薄膜的电阻率呈现先增加再减少然后再增加的趋势。在可见及近红外区,有氧气氛下制备的IMO薄膜的平均透过率大于80%以上,并随氧分压的升高而增大。

高价态差掺杂氧化物透明导电薄膜的研究

在实用的透明导电氧化物 (TCO)薄膜中 ,载流子迁移率主要是受电子与掺杂离子之间散射的限制。如果掺杂离子与氧化物中被替代离子的化合价相差较大 ,每个掺杂离子可以提供较多的自由载流子 ,则使用较少的掺杂量就可以获得足够多的自由载流子 ,而且可以获得较高的载流子迁移率和减少薄膜对可见光的吸收 ,是提高 TCO薄膜性能的一条捷径。采用反应蒸发法制备的掺钼氧化铟(In2 O3:Mo,简称 IMO)薄膜中 ,Mo6 +与 In3+的化合价态相差 3,远大于广泛研究和应用的 TCO薄膜材料 In2 O3:Sn、Sn O2 :F和 Zn O:Al中的价态差。IMO薄膜的电阻率可以低至 1.7× 10 - 4 Ω· cm,对 4μm以上波长红外线的反射率和可见光区域的平均透射率 (含 1.2 mm厚玻璃基底 )都高于 80 % ;载流子迁移率高达 80～ 130cm2 V- 1 s- 1 ,远超过其它掺杂 TCO薄膜 ;但是自由载流子浓度只有 2 .5× 10 2 0～ 3.5× 10 2 0 cm- 3。

一种铟钼金属镶嵌靶

本实用新型是一种用于反应直流磁控溅射法制备掺钼氧化铟（IMO）透明导电氧化物薄膜的铟钼金属镶嵌靶。它由在纯度为99．99％的纯金属铟圆靶上均匀对称镶嵌纯金属钼丝构成，具体结构是，铟靶上有直径为2．5～3．5mm的小孔，小孔内镶嵌钼丝。本实用新型的镶嵌靶在制备新型透明导电氧化物薄膜以及新型光电器件领域具有良好的实用性。

高迁移率透明导电In_2O_3:Mo薄膜

用直流磁控溅射法成功制备了高价态差掺钼氧化铟(IMO)透明导电薄膜。研究了氧分压,基板温度以及溅射电流对IMO薄膜结构和性能的影响。获得的IMO薄膜的最低电阻率为3.65×10-4Ω·cm,载流子迁移率高达50cm2V-1s-1,可见光区域的平均透射率(含玻璃基底)高于80%。X ray衍射(XRD)研究表明IMO薄膜具有良好的结晶性。分析认为IMO薄膜的载流子迁移率主要受晶界散射的控制。

新型透明导电薄膜In_2O_3∶Mo

MoO3的饱和蒸气压较高 ,可以直接用热反应蒸发法制备In2 O3∶Mo(IMO)透明导电薄膜。XPS和XRD测试结果证明 ,IMO薄膜中的Mo是以Mo6+ 离子形式取代了In2 O3 晶格中的In3+ 离子而存在的 ,没有形成新的化合物 ,也没有改变In2 O3 的体心立方晶格结构。在不进行退火、放电等工艺处理的情况下 ,用常规的反应蒸发法 ,在约 35 0℃ ,1 2mm厚的载玻片上制备的IMO薄膜在可见光区域的平均透射比 (含玻璃基底 )可超过 0 80 ,同时电阻率可以低至 1 7× 10 -4 Ωcm。

透明导电IMO薄膜的载流子迁移率研究

采用van der Pauw法、等离子振荡波长法和光谱拟合法等三种方法对IMO(In2 O3 ∶Mo)薄膜和ITO(In2 O3 ∶Sn)薄膜的载流子迁移率进行了测量和比较。结果表明 ,IMO薄膜的载流子迁移率高达 10 0cm2 V-1s-1以上 ,远超过已报导的其他掺杂透明导电氧化物 (TCO)薄膜的载流子迁移率 ;IMO薄膜的载流子有效质量约为电子静止质量的 0 35倍 ;IMO薄膜的高载流子迁移率主要是由于载流子受到的散射作用较弱所引起。这无法用通常的掺杂TCO薄膜的载流子散射理论来解释 ,为此引入复合效应进行分析。在ITO薄膜中 ,每形成一个电中性复合粒子 ,就会使两个掺杂的Sn4+ 失去贡献载流子的电活性 ;而在IMO薄膜中 ,即使一个掺杂Mo6+ 与晶格间隙中的一个O2 -结合成复合离子后 ,该复合离子仍然会贡献出一个载流子 ,故薄膜中形成的电中性复合粒子数目较少 ,从而导致价态差为 3的IMO薄膜中的电中性复合粒子对载流子的散射远低于价态差为 1的ITO薄膜 ,因此 。

臭氧在热反应蒸发法低温制备透明导电薄膜IMO中的作用

虽然采用常规的热反应蒸发法就可以在约 35 0℃的玻璃基底上制备出性能优良的In2 O3∶Mo(IMO)薄膜 ,但是随着基底温度的降低 ,IMO薄膜的电导率和可见光透射比都迅速减小。通过高频放电在反应气体中加入O3 后 ,可以在室温下将In充分氧化成In2 O3,极大地改善了IMO薄膜的透明性。而且 ,IMO薄膜的结晶程度也得到了小幅度提高 ,这有利于提高薄膜电导率。在不加热基底的情况下 (约 30℃ ) ,制备的约 40 0nm厚的IMO薄膜的电阻率小于 5× 10 - 2 Ω·cm ;在基底温度为10 0℃时电阻率可以小于 2× 10 - 3 Ω·cm ;同时它们在可见光区域的总平均透射比 (含 1 2mm厚载玻片基底 )都超过 0 8。

透明导电IMO薄膜的载流子浓度测量

用反应蒸发法制备的掺钼氧化铟 ( In2 O3:Mo,IMO)薄膜在可见光区域的平均透射率 (含 1 .2 mm厚玻璃基底 )超过 80 % ,电阻率最低达 1 .7× 1 0 - 4Ω·cm。采用等离子振荡波长法、van-der-Pauw法和光谱拟合法等三种方法对IMO薄膜和 ITO薄膜的载流子浓度进行了测量和比较 ,结果表明 IMO薄膜的载流子浓度还不到 ITO薄膜的三分之一。因此 ,IMO薄膜对可见光的吸收小 ,有很大的发展空间可以通过提高载流子浓度而进一步提高电导率 ,对近红外线也有较高的透射率 。

沉积温度对IMO透明导电薄膜光电性能的影响

采用射频磁控反应溅射法在K9玻璃衬底上制备了掺钼氧化铟(Mo:In2O3,IMO)透明导电薄膜,研究了不同沉积温度条件下IMO薄膜的晶体结构、形貌及光电性能。结果表明:不同沉积温度下IMO薄膜均具有(222)择优取向。随着沉积温度的升高,IMO薄膜的载流子浓度增大、载流子迁移率增大、电阻率减小;沉积温度为350℃时,薄膜的最低电阻率为6.9×10-4Ω.cm,载流子浓度为2.15×1020cm-3,迁移率为45 cm2V-1s-1。在可见及近红外区,IMO薄膜的平均透过率大于80%以上。在近红外区,薄膜透过率随沉积温度的升高而增大;在中红外区,由于载流子的吸收,薄膜透过率迅速下降。

电子束反应蒸发制备高迁移率IMO薄膜及其性能研究

研究了掺杂剂含量对电子束反应蒸发技术生长掺钼氧化铟（In2O3：Mo,IMO）薄膜的微观结构以及光学和电学性能的影响。采用高纯度In2O3：MoO3陶瓷靶和O2作为源材料。随着MoO3掺杂剂含量的增加,IMO薄膜电阻率先降低而后增加,光学性能呈现薄膜透过率下降的趋势。在1.0 wt.%MoO3掺杂剂含量时,获得最佳薄膜性能,薄膜电阻率ρ约为1.97×10^-4Ω.cm,方块电阻Rs约为18Ω/□,载流子浓度n约为6.85×1020cm^-3,电子迁移率μ约为46.3 cm2.V^-1.s^-1,可见光和近红外区域透过率T约为75%-85%（含玻璃衬底）。这种高迁移率的IMO薄膜有望应用于μc-Si：H薄膜太阳电池以及a-Si：H/μc-Si：H硅叠层薄膜太阳电池。