Nghiên cứu chế tạo màng ITO bằng phương pháp phún xạ Magnetron
GVHD: TS. Lê Trấn
HVTH: Nguyễn Thanh Tú
Nội dung
Tổng quan
1
Màng ITO Phương pháp phún xạ magnetron
Thực nghiệm
2
Các bước tạo màng Các phương pháp xác định tính chất của màng
3
Kết quả
Khoảng cách bia đế Công suất phún xạ Nhiệt độ đế Độ dày màng Khí oxi Xử lý nhiệt sau khi phủ
Page 2
Page 3
Màng ITO
ITO: hỗn hợp của Indium oxide (In2O3 ) và Tin Oxide (SnO2), Cơ chế dẫn điện: các electron dẫn sinh ra do có sự pha tạp donor hoặc do sự thiếu oxi trong cấu trúc màng Có độ truyền qua cao ở vùng khả kiến và điện trở suất thấp Dùng làm điện cực trong suốt trong các loại màn hình, pin mặt trời màng mỏng, OLED…
Page 4
Ưu điểm của phương pháp phún xạ Magnetron
Nhiệt độ đế thấp, có thể xuống đến nhiệt độ phòng
Độ bám dính tốt của màng trên đế
Vận tốc phủ cao, có thể đạt 12 µm/phút
Dễ dàng điều khiển
Các hợp kim và hợp chất của các vật liệu với áp suất hơi rất khác nhau có thể dễ dàng phún xạ
Phương pháp có chi phí không cao
Có khả năng phủ màng trên diện tích rộng
Page 5
Phún xạ Magetron
Page 6
Page 7
Một số đặc điểm của quá trình tạo màng
Hệ tạo màng mỏng Univex 450
Bia gốm ITO với thành phần In2O3 + 10 % SnO2 Khoảng cách bia-đế: 4 - 9 cm
Khí làm việc chính là Ar (độ tinh khiết 99.999 % )
Áp suất nền trước khi tạo màng 4x10-6 torr
Áp suất khí làm việc điển hình khoảng 3 x 10-3 torr.
Công suất phún xạ, áp suất làm việc, nhiệt độ đế, thời gian phún xạ thay đổi tùy theo yêu cầu.
Page 8
Hệ tạo màng mỏng Univex 450
Các phép đo xác định tính chất của màng
Phương pháp 4 mũi dò thẳng: đo điện trở mặt của màng
Phương pháp van der Pauw với máy HMS 3000: xác định nồng độ và độ linh động Hall của hạt tải.
Phương pháp đo độ dày:bằng máy Stylus Dektak 6M.
Phép đo nhiễu xạ tia X: xác định cấu trúc tinh thể trên máy Siemens D5.
Phổ truyền qua trong vùng phổ 190 – 1100 nm được đo bằng máy UV-Vis Jasco V-530.
Phổ truyền qua và phản xạ trong vùng hồng ngoại bước sóng 0.65-1.8µm được đo bằng máy FTIR Bruker Equinox 55.
Page 9
Page 10
1. Khoảng cách bia - đế
Điều kiện
Công suất phún xạ 50 W,
Nhiệt độ đế 3500c
Áp suất phún xạ 3 x10-3 torr khí Ar.
Độ dày các màng được giữ xấp xỉ nhau
Giá trị cực tiểu của
Page 11
điện trở suất ở vị trí khoảng cách 5 cm cho thấy vị trí thích hợp để đặt đế
2. Áp suất phún xạ
Điều kiện
Công suất phún xạ 50 W,
Nhiệt độ đế 3500c
Khoảng cách bia đế 5cm
Độ dày các màng được giữ xấp xỉ nhau
Tăng áp suất thì • điện trở suất tăng • vận tốc phún xạ
Page 12
giảm
2.Áp suất phún xạ
P (10-3torr) T (0.4-0.7m)
R (3m)
Điều kiện
Công suất phún xạ 50 W,
3
0.82
0.91
Nhiệt độ đế 3500c
5
0.84
0.85
Khoảng cách bia đế 5cm
10
0.85
0.78
Độ dày các màng được giữ xấp xỉ nhau
Độ truyền qua xấp xỉ
nhau
Page 13
Áp suất 3.10-3torr là tốt
3. Công suất phún xạ
Điều kiện
Áp suất 3.10-3 torr
Nhiệt độ đế 3500c
Khoảng cách bia đế 5cm
Độ dày các màng được giữ xấp xỉ nhau
Page 14
Cực tiểu của điện trở suất ở công suất 50W
3. Công suất phún xạ
Điều kiện
Áp suất 3.10-3 torr
Nhiệt độ đế 3500c
Khoảng cách bia đế 5cm
Độ dày các màng được giữ xấp xỉ nhau
P (W)
T(0.4-0.7m)
R (3m)
Độ truyền qua không
30
0.83
0.90
thay đổi
50
0.82
0.91
70
0.84
0.89
Page 15
100
0.83
0.88
4. Nhiệt độ đế
Điều kiện
Công suất phún xạ 50 W,
Áp suất 3.10-3 torr
Khoảng cách bia đế 5cm
Độ dày các màng được giữ xấp xỉ nhau
Khi tăng nhiệt độ đế điện trở suất giảm Đạt giá trị thấp nhất ở
Page 16
3500c
4. Nhiệt độ đế
Page 17
4. Nhiệt độ đế
Page 18
t > 1500C chuyển pha từ trạng thái vô định hình sang tinh thể
4. Nhiệt độ đế
T
TS (oC)
30
0.64
100
0.66
150
0.75
200
0.82
250
0.83
300
0.83
350
0.82
Page 19
Khi nhiệt độ đế cao hơn 1500C, bờ hấp thụ thẳng đứng hơn và dịch về phía bước sóng ngắn, thể hiện sự ổn định trong cấu trúc tinh thể
5. Độ dày màng
Điều kiện
Công suất phún xạ 50 W,
Khi tăng độ dày điện trở suất càng Nhiệt độ đế 3500c
giảm và tiến tới giá trị ổn định khi độ dày lớn hơn vài trăm nanomet. Khoảng cách bia đế 5cm Page 20 Áp suất 3.10-3torr
5. Độ dày màng
d< 15 nm màng có cấu trúc vô định hình d~ 30 nm thì xuất hiện đỉnh (400) và đỉnh này luôn vượt trội các
Page 21
đỉnh khác
5. Độ dày màng
d từ 300 - 600 nm là phù hợp vì tốt ở cả
Page 22
tính chất quang và điện
6. Khí oxi
Điều kiện
Công suất phún xạ 50 W,
Nhiệt độ đế 3500c
Khoảng cách bia đế 5cm
Áp suất 3.10-3torr
Với lượng ôxi thích hợp độ linh động
của điện tử có thể tăng
Lượng oxi lớn sẽ làm tăng điện trở
Page 23
suất
6. Khí oxi
Khi môi trường có ôxi (p=5.10-5) màng phát triển theo mặt
(211) và (222)
Khi không có oxi ( p=5.10-6) màng phát triển theo mặt
Page 24
(400)
7. Xử lý nhiệt sau khi phủ
Page 25
Nhiệt độ ủ nhiệt phải lớn hơn 2500C nhỏ
hơn 3500c để có tính chất điện tốt
7. Xử lý nhiệt sau khi phủ
Nhiệt độ
T
260c
0.63
1000c
0.63
1500c
0.65
2000c
0.65
2500c
0.81
3000c
0.80
3500c
0.81
4000c
0.81
Page 26
Cần nung mẫu lớn hơn hơn 2500c để có
tính chất quang tốt
Kết luận
Áp suất Ar phún xạ 3 x 10-3 torr, Công suất 50 W Khoảng cách bia đế là 5 cm Và độ dày trên 300 nm đến 600nm Nhiệt độ tinh thể hóa của màng ITO trên 1500c Áp suất riêng phần oxi lớn hơn 10-5 torr luôn làm giảm độ dẫn điện hay tăng điện trở suất Độ truyền qua quang học của màng ITO trên 80% trong vùng 0.4 - 0.7 µm Độ phản xạ trên 90% ở bước sóng lớn hơn 3 µm.
Page 27
Tài liệu tham khảo
1. Trần Cao Vinh (2008), Tạo màng dẫn điện trong suốt bằng phương pháp phún xạ Magnetron, Luận án tiến sĩ vật lý quang học, Trường ĐH KHTN-ĐHQG Tp.HCM
2. Cao Thị Mỹ Dung (2002), Tổng hợp màng trong suốt dẫn điện ITO trên đế thủy tinh bằng phương pháp phún xạ Magnetron, Luận văn tốt nghiệp đại học, Trường ĐHKHTN-ĐHQG Tp.HCM
3. Nguyễn Năng Định, Vật lý và kĩ thuật màng
mỏng, NXB ĐHQG HN
Page 28
Page 29 Thanks for your attention !