Радиотехника и электроника, 2020, T. 65, № 3, стр. 292-293

Прозрачные проводящие пленки широко используются в различных оптоэлектронных приборах, таких как солнечные батареи, жидкокристаллические дисплеи, электролюминесцентные приборы, электрохромные устройства. Оксид индия –олова является наиболее популярным и исследованным благодаря своей химической стабильности, хорошей адгезии к подложкам и отличным электрическим и фотохимическим свойствам. Для нанесения покрытий из оксида индия–олова используется масса различных методов: магнетронное распыление [1], химическое осаждение из паровой фазы [2], золь–гель-метод [3], распылительный пиролиз [4], ионное осаждение [5] и т.д. Среди них особо привлекательным является метод магнетронного распыления из-за хорошей воспроизводимости, высокой скорости осаждения и возможности масштабирования технологического процесса. Часто возникает необходимость осаждения пленок оксида индия–олова при комнатной температуре. Однако недостаточная степень рекристаллизации приводит к плохим структурным и электрическим свойствам [6]. А использование более простой и дешевой технологии магнетронного распыления на постоянном токе при комнатной температуре, как правило, приводит к формированию аморфных слоев оксида индия–олова с высоким удельным электрическим сопротивлением [7]. Для улучшения параметров получаемых пленок в работе [8] использовали ионный источник для бомбардировки растущего слоя ионами рабочей смеси газов.

В данной работе для осаждения пленок оксида индия–олова был выбран метод магнетронного реактивного распыления на постоянном токе, аналогичный использованному в работе [9]. В качестве распыляемой мишени использовался диск из смеси оксидов In₂O₃ : SnO₂ (10% SnO₂) диаметром 120 мм. Расстояние от мишени до плоскости подложки составляло 50 мм. Полученные пленки исследовали методом рентгеноструктурного анализа на автоматизированном двухкристальном дифрактометре ДРОН-3. Ток и напряжение на трубке при съемке составляли 30 мА и 30 кВ соответственно. Использовали кварцевый монохроматор и излучение CuKα₁ (λ = 0.154056 нм). Удельное поверхностное электрическое сопротивление измеряли с использованием четырехзондового метода. Была проведена оптимизация параметров распыления (давление в камере, соотношение компонентов в газовой смеси, скорости осаждения) для получения максимально низкоомных и прозрачных пленок. В результате при давлении в камере 0.4 Па и 3% кислорода получены пленки с прозрачностью в видимой области спектра 86% и удельным поверхностным сопротивлением 20 Ом на квадрат. Структура пленок была поликристаллической (рис. 1, кривая 1).

Рис. 1.

Рентгеновская дифрактограмма пленки In‒Sn–O в области подложки, располагавшейся напротив центра мишени (1) и напротив зоны повышенной бомбардировки (2).

Далее было измерено распределение удельного поверхностного сопротивления по площади подложки и обнаружено, что указанное распределение имеет радиальную симметрию (рис. 2, кривая 1). При этом зона с минимальным сопротивлением имеет форму кольца и расположена в области подложки, находившейся при напылении напротив кольцевой зоны магнетронного разряда. Рентгеновская дифрактограмма в этой области приведена на рис. 1, кривая 2. Можно заметить существенное уширение дифракционных пиков, что обусловлено уменьшением областей когерентного рассеяния за счет повышения концентрации дефектов в пленке. Как отмечалось в [10] и позже в [11], кольцевая зона распыления при магнетронном разряде в присутствии кислорода характеризуется повышенной бомбардировкой растущей пленки высокоэнергетичными отрицательными ионами кислорода. Это было показано применительно к росту пленок оксида цинка, в которых наблюдалось появление наклона оси текстуры, в частности, из-за повышенного дефектообразования.

Рис. 2.

Изменение удельного поверхностного сопротивления пленки In–Sn-O, выращенной в смеси кислорода и аргона (1) и в чистом аргоне (2), в зависимости от расстояния от центра подложки l.

Осаждение пленок оксида индия–олова, видимо, также происходит в сопровождении бомбардировки растущего слоя отрицательными ионами кислорода. Для проверки этого предположения было проведено осаждение пленки оксида индия–олова в чистом аргоне. Измерение распределения удельного поверхностного сопротивления по площади подложки показало, что в данном случае почти отсутствуют “провалы” в области напротив зоны распыления (рис. 2, кривая 2). Но прозрачность пленки оказалась заметно меньше из-за недостатка кислорода.

Таким образом, можно сделать вывод, что бомбардировка отрицательными ионами кислорода, характерная для магнетронного разряда в присутствии кислорода, может создать в растущей пленке повышенную плотность дефектов, обеспечивающих генерацию свободных носителей.

Работа выполнена в рамках государственного задания, а также при частичной финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты № 19-07-00432, 18-29-19047, 18-07-00729).