重庆朝天门火灾郭守月;曹春斌;孙兆奇
【摘 要】采用直流磁控溅射方法在室温下制备厚度为130 nm的ITO和Ag-ITO薄膜,并在大气环境中不同温度下退火1 h,测试其XRD谱和近紫外-可见光透射谱. 利用(211)和(222)衍射峰求得两种薄膜的晶格常数,并分析了掺Ag和退火对ITO薄膜晶格常数、结晶度和透射率的影响. 结果表明: 晶格常数随退火温度的升高而减小,且掺Ag后晶格进一步收缩;两种薄膜经高温退火后在可见光段具有相近的透射率,未退火和低温退火的Ag-ITO薄膜透射率明显低于相同条件处理的ITO薄膜. 【期刊名称】《吉林大学学报（理学版）》
【年(卷),期】成功之路的动物2010(048)002
【总页数】4页(P291-294)
【关键词】ITO薄膜;Ag掺杂;退火;晶格常数;透射率
【作 者】郭守月;曹春斌;孙兆奇
【作者单位】安徽农业大学,理学院,合肥,230036;安徽农业大学,理学院,合肥,230036;安徽大学,物理与材料科学学院,合肥,230039;安徽大学,物理与材料科学学院,合肥,230039
【正文语种】中 文
【中图分类】O484
氧化铟锡(ITO)薄膜是一种体心立方铁锰矿结构(即立方In2O3结构)的宽禁带透明导电材料, 具有对可见光高透过率、 低电阻率和较宽的能隙等光电性能, 并具有高硬度、 高耐磨性、 耐化学腐蚀和易于刻蚀成一定形状的电极图形等优点[1], 因而被广泛应用于液晶显示器、 电致发光显示器、 电致变显示器、 场致发光平板显示器件、 太阳能电池和高层建筑物玻璃窗等材料中[2-5]. 由于高品质ITO膜的红外发射率随薄膜面电阻的减小可小于0.1, 因此ITO薄膜也可作为红外隐身材料[6], 但在高温下其热稳定性较差, 且表面能较低. 近年来, 研究人员通过在ITO薄膜中掺杂其他组分, 如Cs,Zr,Ca,Fe,Ce,Cu和Fe等, 使其不仅保持了原有的特性基本不变, 而且具有一些新的性能, 如掺Cs的ITO复合薄膜具有光辐射效应, 掺Fe的ITO复合薄膜具有室温铁磁性能等[7-16].
本文研究掺体积分数为0.3%Ag的Ag-ITO复合薄膜微结构和透射性能, 并分析了Ag掺杂和退火处理对ITO薄膜晶格常数、 结晶度和透射率的影响.
1 实 验
采用直流磁控溅射方法通过JGP560-Ⅰ型超高真空多功能磁控溅射仪在室温下制备了厚度为130 nm的ITO和Ag-ITO透明导电复合薄膜. 采用高纯度(质量分数为99.99%)的氧化铟锡陶瓷靶材(质量分数为90%In2O3+质量分数为10%SnO2, φ 60 mm), 利用贴片法将Ag(质量分数为99.99%)片贴在氧化铟锡陶瓷靶上, 基片为普通载玻片. 样品制备前, 载玻片先经丙酮、 乙醇和去离子水超声各清洗15 min, 并用烘箱烘干. 溅射时本底真空度为6.0×10-4 Pa, 靶基距为6 cm, Ar气(在标准状况下的)流量为0.75 mL/s, 溅射压强为1 Pa, 溅射电压为320 V, 溅射电流为0.14 A, 溅射时间为2.5 min. 两种薄膜分别在200 ℃和400 ℃下退火1 h.
采用MAC M18XHF型全自动转靶X射线衍射仪测量退火前后的ITO膜和Ag-ITO复合膜的XRD谱. 采用Shimadzu UV-265型紫外-可见分光光度计测量薄膜的透射率.
2 结果与讨论
不同退火温度下ITO薄膜和Ag-ITO薄膜的XRD谱分别如图1和图2所示. 由图1可见, 未退火ITO薄膜的XRD谱在30°,50°,60°附近可观察到衍射峰, 由峰的强度和半高宽可知其结晶性较差. 由图2可见, 未退火的Ag-ITO薄膜未出现明显的衍射峰, 而退火后两种薄膜均呈现具有(222)衍射峰的多晶结构. Ag-ITO复合薄膜的XRD谱中只有ITO的衍射峰, 未观察到Ag的衍射峰, 这是由于Ag的体积分数较低而无法探测到其衍射峰. 随着退火温度的升高, 衍射峰逐渐增强, 400 ℃退火的Ag-ITO薄膜比未掺Ag的ITO薄膜具有更强的衍射峰, 表明掺Ag使薄膜在高温下具有更好的结晶性.
图1 不同退火温度下ITO薄膜的XRD谱Fig.1 XRD patterns of ITO films at different annealing temperatures
图2 不同退火温度下Ag-ITO薄膜的XRD谱Fig.2 XRD patterns of Ag-ITO films at different annealing temperatures
利用布拉格公式2dsin θ=λ和立方晶系中晶格常数与面间距的关系可求得两种薄膜的晶格常数, 其中: λ=0.154 056 nm; θ为衍射角. 由于Kα2对小角度衍射峰的峰位影响较小, 因此本文仅计算较小衍射角的(211)和(222)两个衍射峰, 结果列于表1. 由表1可见, ITO薄膜和Ag-ITO
薄膜的晶格常数均随退火温度的升高而减小, 而Ag-ITO薄膜的晶格常数比相同退火温度下的ITO薄膜晶格常数更小. 这是由于室温沉积的ITO薄膜表面氧化不完全, 属严重失氧状态, 薄膜表面的Sn元素大部分以Sn2+存在, 大气中退火使得薄膜表面的Sn2+与大气中的氧结合形成Sn4+的高价氧化物. Sn4+和Sn2+的半径分别为0.069 nm和0.093 nm, In3+的半径为0.079 nm, 由于在ITO薄膜中已形成固溶体结构, 以及替代In的Sn价位升高从而导致ITO晶格常数随退火温度的升高而减小. 由掺Ag后晶格收缩得更小可知: Ag未与ITO薄膜形成固溶体结构, 因为Ag的离子半径为0.126 nm, 若形成固溶体, 则晶格常数会增大, 由于Ag的体积分数很小, 因此Ag以原子团簇存在于ITO基体中; 由于Ag原子在退火时受热, 其振动能量增强导致与其他离子碰撞加剧, 因此使Sn更易于替代In, 从而晶格常数进一步减小.
表1 ITO薄膜和Ag-ITO薄膜的晶格常数Table 1 Lattice constants of ITO and Ag-ITO films样 品晶面2θ/(°)d/nma/nm ITO 200 ℃(211)21.3200.416 41.019 9 ITO 400 ℃21.5270.412 41.010 3 Ag-ITO 200 ℃21.4460.413 91.014 0 Ag-ITO 400 ℃21.5840.411 31.007 6 ITO 200 ℃(222)30.4350.293 41.016 5 ITO 400 ℃30.5210.292 61.013 7 Ag-ITO 200 ℃30.5640.292 21.012 3 Ag-ITO 400 ℃30.6980.291 01.008 0
不同退火温度下ITO薄膜和Ag-ITO薄膜的透射谱如图3所示. 由图3可见, 两种薄膜的透射率均随退火温度的升高而增加. 比较两种薄膜在波长为550 nm处的透射率可见, 两种薄膜在高温400 ℃下退火的透射率基本相等(均为90%), 当未退火和低温200 ℃退火时, Ag-ITO薄膜明显低于ITO薄膜的透射率. 表明掺Ag在未退火和低温退火时影响薄膜的透射率, 而掺Ag在高温退火时不影响薄膜的透射率. 此外, 掺Ag后使得ITO薄膜在近紫外波段的吸收边变得陡峭, 这是由于Ag的近紫外光吸收所致.
图3 不同退火温度下ITO薄膜(A)和Ag-ITO薄膜(B)的透射谱Fig.3 Transmittance spectra of ITO (A) and Ag-ITO (B) films at different annealing temperatures糖酒招商网
综上, 本文采用直流磁控溅射方法在玻璃基片上沉积了ITO薄膜和掺体积分数为0.3%Ag的Ag-ITO复合薄膜, 并分别在大气环境下等时变温退火. 测试了退火前后两种薄膜的微结构和近紫外-可见光透射率. 利用XRD测试结果计算了两种薄膜的晶格常数, 发现随着退火温度的升高晶格常数减小, 且掺Ag后晶格进一步收缩. 表明退火和掺Ag均有利于薄膜中的Sn4+替代In3+, Ag离子以原子团簇的形式存在于ITO基体中. 此外, 退火可明显提高薄膜的结晶性. 通过两种薄膜在不同温度下退火后的透射谱比较可见, 高温退火的两种薄膜在可见光区的透
射率接近, 但低温退火和未退火的Ag-ITO薄膜明显低于ITO薄膜的透射率. 掺入低组分Ag的ITO薄膜与未掺Ag的薄膜高温退火后, 在可见光段透射率未发生变化, 表明低组分Ag不影响其可见光透射率.
马基雅维利主义参考文献
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