在线紫外辐照辅助沉积柔性ITO薄膜的研究(2)

2.3、对ITO薄膜表面形貌的影响

　　图3给出了样品1和样品2的AFM图像,其中图3(a)为样品1的表面形貌图,图3(b)为样品2的表面形貌图。从图3可以不难看出,与样品1相比,样品2岛状结构的表面平整度从56.08nm 减小为19.52nm,平均直径从2.671×102nm 增大至4.143×102nm,远远优于目前的ITO薄膜晶粒平均直径(100nm) 。在紫外线的照射下, ITO薄膜的岛状结构尺寸增大, ITO薄膜表面形貌得到改善,缺陷减少,生长更均匀,致密度更好,其晶界对载流子散射减弱,提高了载流子的迁移率,降低了薄膜的电阻率,同时由于ITO 薄膜的晶界缺陷减少,对于可见光的散射和吸收减弱,从而提高了薄膜在可见光区的透射率,这与由图1,图2得出的结论是一致的。

图3 　ITO 薄膜的AFM图

2.4、对ITO薄膜生长取向的影响

　　图4为样品1和样品2的XRD图谱,其中曲线(b)为样品1的XRD谱,曲线(a)为样品2的XRD谱。曲线(a)和曲线(b)中,最左边及最右边两个较高的峰均为PET衬底本身的衍射峰。曲线(a)中有明显的< 222 > 衍射峰,对应衍射角2θ= 30.2° ,还出现了〈400〉、〈331〉和〈551〉衍射峰,薄膜呈现出多晶态。曲线(a) 中〈222〉峰的衍射线的相对强度增强,衍射峰的半高宽由0.574°变窄为0.502°,薄膜更趋于〈222〉取向。从图1 中可以看出,样品2 的电阻率要小于样品1 ,因此我们认为在紫外辐照下,薄膜更趋于〈222〉方向择优取向,这一点同真空技术网的另外一文中认为薄膜的择优取向表现为多元化,宏观表现为薄膜的电阻率上升的结论相一致。此外,根据Scherrer公式〈, 222〉衍射峰的相对强度增强,衍射峰的半高宽变窄, ITO薄膜的平均晶粒尺寸变大,结晶度提高,从而降低了薄膜的电阻率。因此,在紫外线照射下, ITO 薄膜更趋于〈222〉的择优取向,且平均晶粒尺寸变大,结晶度提高,宏观表现为薄膜的电阻率降低。

图4 　ITO薄膜的XRD图谱; (a)-样品2;(b)-样品1

3、结论

　　通过引入在线紫外辐照,室温下在热稳定性好的PET衬底上射频磁控溅射制备了最低方块电阻为5Ω ,电阻率为2.5 ×10-4Ω·cm ,透射率为92%的ITO薄膜,其光电性能远远优于未采用紫外辐照制备的ITO薄膜 。我们用四探针测试仪、分光光度计、原子力显微镜、X射线衍射仪等测试仪器对未采用和采用在线紫外辐照制备的薄膜进行测试,对比在线紫外辐照对薄膜的光电性能、表面形貌和生长取向的影响,得到以下结论:

　　(1) 在紫外线的照射下,参与溅射的粒子活性与迁移率提高,使得ITO 薄膜表面形貌得到改善,缺陷减少,生长更均匀,致密度更好,其晶界对载流子散射减弱,载流子的迁移率增大,进而降低了薄膜的电阻率,同时由于ITO 薄膜的晶界缺陷减少,对于可见光的散射和吸收减弱,从而提高了薄膜在可见光区的透射率。这为室温制备柔性ITO 薄膜提出了一种新的途径。

　　(2) 在线紫外线照射下, ITO薄膜更趋于〈222〉的择优取向,且平均晶粒尺寸变大,结晶度提高,宏观表现为薄膜的电阻率降低。