Влияние ионной обработки в процессе ВЧ магнетронного распыления на толщину и показатель преломления ITO плёнок

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2012. Вып. 2
ФИЗИКА. ХИМИЯ

Физика конденсированного состояния вещества

УДК 539.23

Е.А. Зайцева, Р.М. Закирова, П.Н. Крылов, К.С. Лебедев, И.В. Федотова 

ВЛИЯНИЕ ИОННОЙ ОБРАБОТКИ В ПРОЦЕССЕ ВЧ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ 
НА ТОЛЩИНУ И ПОКАЗАТЕЛЬ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ITO ПЛЁНОК 

По спектрам пропускания определены толщина и показатель преломления тонких плёнок оксида индия, легированного оловом. Среднее значение показателя преломления составило 1.92 – 2.03. Температура подложек и 
ионная обработка в процессе получения ITO плёнок оказывают различное влияние на толщину ITO плёнок и 
значение показателя преломления.

Ключевые слова: ВЧ магнетронное напыление, оксид индия, легированный оловом; прозрачные проводящие 
плёнки.

Введение

Оксид индия, легированный оловом, (indium tin oxide – ITO) широко применяется в качестве про
зрачных электродов для солнечных элементов, дисплеев, органических световых диодов (OLED) и других оптоэлектронных приборов. Тонкие ITO плёнки являются полупроводниками n-типа с низким сопротивлением порядка 10-4 Ом·см и высокой прозрачностью ~ 85% в видимой области спектра [1].

Цель данной работы – исследование оптическими методами тонких плёнок оксида индия, леги
рованного оловом, сформированных в процессе реактивного ВЧ магнетронного распыления с сопутствующей ионной обработкой.

Экспериментальная часть

Тонкие плёнки оксида индия, легированного оловом, осаждались в течение 2 часов методом ВЧ

магнетронного распыления мишени из сплава In-Sn (94% : 6%) в кислородосодержащей газовой смеси (Ar : O2 = 90% : 10%), которая обеспечивалась напуском смеси через ионный источник «Радикал 
М-100». Давление газовой смеси при напылении составляло 2.5·10-1 Па, мощность ВЧ магнетронного 
разряда – 300 Вт. Плёнки наносили на подложки из стекла при температурах 25, 50, 100, 150˚ C. Перед осаждением проводили ионную очистку подложек в рабочей смеси (ионы аргона и кислорода) 
при давлении 10-1 Па, напряжении ионного источника 1,5 кВ и токе разряда 100 мА [2].

Во время процесса распыления подложки поочередно проходили области распыления и ионно
го источника. Ток ионного источника во время нанесения плёнок составлял 0, 30, 50, 70 мА.

Спектры пропускания ITO плёнок исследовали на спектрофотометре СФ-26. Толщину плёнок 

определяли с помощью интерференционного микроскопа МИИ-4 и по спектрам пропускания.

Методика исследований

При измерении толщины прозрачных слоёв с помощью МИИ-4 может возникнуть ряд проблем. 

В частности, затруднение вызывает анализ интерференционных полос и определение порядка интерференции по разную сторону ступеньки, что приводит к получению неверных значений толщины 
прозрачной плёнки. Для определения толщины в этом случае требуются дополнительные технологические решения, например, нанесение тонкой металлической плёнки.

Одним из способов определения толщины прозрачных плёнок является анализ осцилляций в 

спектрах пропускания, вызванные интерференцией волн в тонкой плёнке [3; 4]. Имеется много методик, основанных на данном явлении [3; 5-8].

В работе [5] для оценки толщины плёнок авторы использовали формулы, описывающие усло
вия формирования полос равного хроматического порядка (такие полосы возникают в случае плоскопараллельных слоёв в непрерывном излучении):