Đề tài Nghiên cứu chế tạo màng ITO bằng phương pháp phún xạ Magnetron

GVHD: TS. Lê Trấn HVTH: Nguyễn Thanh Tú Nghiên cứu chế tạo màng ITO bằng phương pháp phún xạ Magnetron Page  2 Nội dung Các bước tạo màng Các phương pháp xác định tính chất của màng Màng ITO Phương pháp phún xạ magnetron1 2 3 Tổng quan Thực nghiệm 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  3 Page  4 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 Màng ITO Page  5 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  6 Phún xạ Magetron Page  7 Page  8 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. Hệ tạo màng mỏng Univex 450 Page  9 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  10 Page  11 1. Khoảng cách bia - đế 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 điện trở suất ở vị trí khoảng cách 5 cm cho thấy vị trí thích hợp để đặt đế Điều kiện Page  12 2. Áp suất phún xạ Tăng áp suất thì • điện trở suất tăng • vận tốc phún xạ giảm Công suất phún xạ 50 W, Nhiệt độ đế 3500c Khoảng cách bia đế 5cm Độ dày các màng được giữ xấp xỉ nhau Điều kiện Page  13 2.Áp suất phún xạ P (10-3torr) T (0.4-0.7m) R (3m) 3 0.82 0.91 5 0.84 0.85 10 0.85 0.78 Độ truyền qua xấp xỉ nhau Công suất phún xạ 50 W, Nhiệt độ đế 3500c Khoảng cách bia đế 5cm Độ dày các màng được giữ xấp xỉ nhau Điều kiện Áp suất 3.10-3torr là tốt Page  14 3. Công suất phún xạ Cực tiểu của điện trở suất ở công suất 50W Áp suất 3.10-3 torr Nhiệt độ đế 3500c Khoảng cách bia đế 5cm Độ dày các màng được giữ xấp xỉ nhau Điều kiện Page  15 3. Công suất phún xạ Độ truyền qua không thay đổi Áp suất 3.10-3 torr Nhiệt độ đế 3500c Khoảng cách bia đế 5cm Độ dày các màng được giữ xấp xỉ nhau Điều kiện P (W) T(0.4-0.7m) R (3m) 30 0.83 0.90 50 0.82 0.91 70 0.84 0.89 100 0.83 0.88 Page  16 4. Nhiệt độ đế Khi tăng nhiệt độ đế điện trở suất giảm Đạt giá trị thấp nhất ở 3500c 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 Điều kiện Page  17 4. Nhiệt độ đế Page  18 4. Nhiệt độ đế t > 1500C chuyển pha từ trạng thái vô định hình sang tinh thể Page  19 4. Nhiệt độ đế TS ( oC) T 30 0.64 100 0.66 150 0.75 200 0.82 250 0.83 300 0.83 350 0.82 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 Page  20 5. Độ dày màng Công suất phún xạ 50 W, Nhiệt độ đế 3500c Khoảng cách bia đế 5cm Áp suất 3.10-3torr Điều kiện Khi tăng độ dày điện trở suất càng giảm và tiến tới giá trị ổn định khi độ dày lớn hơn vài trăm nanomet. Page  21 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 đỉnh khác Page  22 5. Độ dày màng d từ 300 - 600 nm là phù hợp vì tốt ở cả tính chất quang và điện Page  23 6. Khí oxi Với lượng ôxi thích hợp độ linh động của điện tử có thể tăng Lượng oxi lớn sẽ làm tăng điện trở suất Công suất phún xạ 50 W, Nhiệt độ đế 3500c Khoảng cách bia đế 5cm Áp suất 3.10-3torr Điều kiện Page  24 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 (400) Page  25 7. Xử lý nhiệt sau khi phủ Nhiệt độ ủ nhiệt phải lớn hơn 2500C nhỏ hơn 3500c để có tính chất điện tốt Page  26 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 Cần nung mẫu lớn hơn hơn 2500c để có tính chất quang tốt Page  27 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  28 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  29 Thanks for your attention !