温度对膜的影响

沉底温度对膜的影响一、 对膜结构的影响（AZO 透明导电薄膜的制备J, 电子元件与材料，山西科技大学， 2012,）衬底温度对薄膜结晶性能的影响显著。基本上随衬底温度的升高，膜的结晶质量变好。1. 当基底表面温度较低时，粒子的迁移率较低，形成的薄膜密度低、多孔、表面粗糙。2. 随着基底温度的升高，沉积粒子可获得足够能量沿表面和体内迁移，与其它粒子相结合形成晶体，晶体生长速率加快，晶粒变大，薄膜洁净度提高。3. 但薄膜的结晶程度不会随着基底温度的升高越来越好，温度过高，薄膜的结晶程度反而有所下降趋势，这是因为温度过高时晶核生长过快，刚溅射而成的薄膜还未及稳定形成时新的粒子又沉积下来，影响了其致密性。本实验中，基底温度 200时所形成的 AZO 薄膜， 其内应力就大于基底温度为 150时的样品， 结晶情况稍有下降。二、 对膜表面形貌的影响（AZO 透明导电薄膜的制备J,电子元件与材料，山西科技大学， 2012,）随着衬底温度的升高，晶粒尺寸逐渐增大，晶粒趋于均匀，薄膜生长更紧密，1. 在室温时薄膜取向性差，为表面多孔且非常粗糙的非晶结构薄膜，2. 随着衬底温度的升高，薄膜表面原子团的动能增大，原子团的迁移能力提升，迁移能高的粒子在衬底表面更容易运动，有利于晶核择优生长，产生大而均匀的晶粒，薄膜表面变得致密。3. 但衬底温度过高(300 )时，所沉积的 AZO 薄膜在各个方向上出现自由生长，晶粒趋向混乱，出现大颗晶粒，薄膜表面也较为粗糙，为多晶甚至非晶状态。1. 在温度较低的时候，薄膜的晶粒大小很不均匀，表面粗糙度较大，结构疏松,呈现出絮状结构。2. 较高的衬底温度有利于溅射粒子在衬底表面的横向扩散，这将有助于薄膜的成核和生长，有利于薄膜的结晶和择优取向。3. 随着衬底温度的升高，薄膜的结晶质量逐渐改善，由絮状结构转变为蜂窝状结构。薄膜表面平整，晶粒大小均匀，晶粒间隙少，结构致密。所以，随着衬底温度的升高，AZO 薄膜的表面粗 糙度逐渐降低 。三、 对透过率的影响（Al 掺杂浓度、衬底和退火时间对 ZnO 薄膜特性的影响D,2011 西北师范大学。 ）随衬底温度的升高，晶粒尺寸逐渐变大，且薄膜致密性提高，形成 AZO 薄膜的缺陷减少，对光的散射和吸收少，透过率提高；衬底温度过高时，薄膜会出现大颗晶粒，使其表面变粗糙，结晶度降低，晶界散射增多，形成表面散射光，影响薄膜的透光性能。随着温度的升高，截止吸收边向短波长方向移动，即产生“蓝移”现象。这种现象可以解释为：随着衬底温度的升高，载流子浓度增加，增加的载流子填充于导带中较低的能级，并使价带电子跃迁到导带中较高的能级，使吸收边缘向短波方向移动，即 Burstein-Moss 效应。四、 对电阻率的影响（Al 掺杂浓度、衬底和退火时间对 ZnO 薄膜特性的影响D,2011 西北师范大学。 ）方块电阻随衬底温度的升高先降低后升高. 室温下沉积的 AZO 薄膜结晶情况较差，一般为非晶体或为晶粒尺寸较小的晶体，导致晶界增多，晶界附近堆积着大量的吸附氧，这些吸附氧作为电子陷阱捕获电子从而使载流子浓度降低，薄膜电阻率升高，导电性能变差； 随衬底温度升高，被溅射出来的靶材粒子在衬底吸附后仍有较大的动能，迁移性提高，结晶变得有序，同时晶粒尺寸增大，有利于晶界中吸附氧的脱附，从而使晶界处缺陷数目减小，缺陷密度降低，电子捕获陷阱减少，使载流子浓度增加，AZO 薄膜的导电性能随之提高。 但衬底温度过高时，薄膜晶粒过大，晶界势垒增大，导致晶粒的取向性变差，氧缺位减少，使晶界中缺陷增多，载流子浓度减少，从而使薄膜导电性能变差。 温度较低时，薄膜中晶粒尺寸通常较小晶粒间界多，缺陷密度大，晶粒间界散射占主导地位，从而使载流子的迁移率较小，因此薄膜电阻率较高，导电性能差。 随着衬底温度的升高，靶材原子在成膜过程中具有足够的能量，迁移更加充分，有利于薄膜的有序结晶，晶粒尺寸增大，晶界缺陷密度降低，晶界散射、杂质离化散射发生几率减小，从而有利于薄膜导带中电子迁移率的提高。 但是，较高的衬底温度有利于 Al2O3 的生成，使替位 Al 原子数量相对减少，降低载流子浓度；温度过高时，薄膜的结晶状况变差，空洞增多，导致薄膜结构疏松，晶界缺陷增多，晶界势垒增大，这也将降低载流子浓度，使电阻率上升，可见光透过率下降。退火对膜的影响一、对膜结构的影响（Al 掺杂浓度、衬底和退火时间对 ZnO 薄膜特性的影响D,西北师范大学，2011。 ）退火时间并没有改变（AZO）薄膜的晶体结构，可能会引起晶体生长过程中择优取向的改变。退火 1.5h 样品可以得到最佳的(002)取向。二、对膜形貌的影响（Al 掺杂浓度、衬底和退火时间对 ZnO 薄膜特性的影响D,