ITO薄膜的光學(xué)性質(zhì)及其測量.pdf

1、ITO(Indiumtinoxide)薄膜具有良好的光電性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于各種微電子器件和光電子器件中。ITO薄膜可以單獨或與其他材料一起構(gòu)成增透膜。增透膜的厚度與材料的折射率有關(guān)，而ITO薄膜的折射率受多方面因素的影響。并且由于它具有復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，所以很難測得其光學(xué)常數(shù)。因此測量ITO的光學(xué)常數(shù)就顯得十分重要。通常采用分光光度計來獲得ITO薄膜的折射率，但這種方法比較麻煩，費時費力。本文通過對ITO薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)

2、行分析，建立模型擬合出ITO薄膜的光學(xué)常數(shù)，并分析了工藝參數(shù)對光學(xué)常數(shù)的影響。最后，根據(jù)測得的光學(xué)常數(shù)對增透膜中ITO薄膜的厚度進(jìn)行了優(yōu)化。 本文主要對以下幾方面進(jìn)行了研究： 1.ITO薄膜擬合模型的研究。 采用橢偏儀法擬合ITO薄膜的光學(xué)常數(shù)，關(guān)鍵在于建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ蛯E偏參數(shù)進(jìn)行擬合。建立擬合模型需從ITO薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)兩方面進(jìn)行考慮。 首先，ITO是一種梯度材料，通過對ITO薄膜橫截面的SE

3、M圖像進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)可將ITO薄膜的梯度結(jié)構(gòu)看作是由疏松的底層結(jié)構(gòu)和致密的頂層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。 其次，ITO薄膜在可見光范圍內(nèi)透過率可達(dá)90％以上，因此在可見光范圍內(nèi)，可以用Cauchy模型對其光學(xué)常數(shù)進(jìn)行擬合。在紅外光區(qū)和紫外光區(qū)分別存在載流子吸收和帶間吸收，因此采用Drude振子模型來模擬載流子吸收，Lorentz振子模型來模擬光的帶間吸收。 綜合考慮ITO薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，建立了Cauchy模型、Drude模型

4、、雙振子模型、雙層模型、梯度模型和三層模型對ITO薄膜的光學(xué)常數(shù)進(jìn)行擬合。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)了建立擬合模型應(yīng)遵守的兩條原則：模型簡單化原則和MSE最小原則。在對ITO的光學(xué)常數(shù)進(jìn)行擬合時，應(yīng)根據(jù)擬合的光譜范圍和ITO薄膜的厚度選擇擬合模型。 2.ITO光學(xué)常數(shù)影響因素的研究。 (1)蒸發(fā)速率對ITO光學(xué)常數(shù)的影響。蒸發(fā)速率對ITO的微觀性質(zhì)、光學(xué)常數(shù)和電學(xué)性質(zhì)都有影響。實驗發(fā)現(xiàn)，隨著蒸發(fā)速率的提高，ITO薄膜的折射率和消光

5、系數(shù)都會隨之增大。 (2)氧流量對ITO光學(xué)常數(shù)的影響。ITO薄膜的光學(xué)常數(shù)(折射率和消光系數(shù))都隨氧流量的增大而減小。這是因為，氧流量的改變會影響ITO薄膜的結(jié)晶情況和載流子濃度進(jìn)而影響它的光學(xué)常數(shù)。 (3)退火溫度對ITO光學(xué)常數(shù)的影響。在低溫進(jìn)行退火時，ITO的折射率會有所減小，但隨著退火溫度的提高，折射率會隨之提高。ITO的消光系數(shù)隨著退火溫度的提高持續(xù)減小。當(dāng)在435℃以上進(jìn)行較長時間退火時(80s)，ITO的

6、消光系數(shù)較未經(jīng)退火時有所增加。 (4)薄膜厚度對ITO光學(xué)常數(shù)的影響。ITO的折射率隨厚度的增大而減小，消光系數(shù)隨厚度的增大而增大。 3.對ITO增透膜厚度的研究(1)通過分析不同工藝參數(shù)對ITO光電性質(zhì)、機(jī)械和化學(xué)性能的影響，確定了生長ITO的最佳蒸發(fā)速率為1.5A/s，最佳氧流量為3sccm。 (2)分析了ITO薄膜厚度的測量值與制備時的設(shè)定值之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)測量值與設(shè)定值相差10％左右。 (3)分析

7、了單層λ/4nITO增透膜對應(yīng)的最佳厚度。根據(jù)擬合得到的ITO折射率進(jìn)行計算，波長為620nm的光所對應(yīng)的λ/4nITO增透膜的厚度應(yīng)為908A，因此制備ITO時，厚度設(shè)定在1010A左右。在AlGaInP片上分別蒸發(fā)980A、1010A、1040A和1120A的ITO薄膜，發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)了1010AITO薄膜的LED的軸向光強(qiáng)最大，與計算結(jié)果一致。 (4)分析了復(fù)合增透膜中的ITO虛設(shè)層對應(yīng)的最佳厚度。根據(jù)擬合得到的ITO折射率進(jìn)行