Диссертация (1102573), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Для получения пленок с пониженным содержаниемкислорода использоваласьась металлическая мишень In/Sn. Давление смеси рабочего газа во времяраспыления составляло 0,399 мПа. В качестве рабочего газа использовался аргон. Пленкиосаждались на стеклянные подложки.по ложки. Пленка ITORT была осаждена при комнатнойтемпературеературе без специальной последующей обработкии при более высокой температуре. ПленкаITO230 была осаждена при температуре 2300C [124]..
Для получения пленок с пониженнымсодержанием кислорода распыление проводилось в режиме контроля образования плазмы,которыйый позволяет контролировать интенсивность распыления и постоянство стехиометриипленки [124,125].]. Процесс осаждения контролировался по интенсивности излучения от ионовиндия в плазме.
Распыление проводилось в среде с пониженным содержанием кислорода в73условияхвиях с интенсивностью излучения от ионов индия в два раза меньшей, чем в режимеполучения пленок с наиболее высокими показателями проводимости и прозрачности рисунке2.18.. Толщина пленок измерялась методом одноволновой эллипсометрии, и составляла 80 нм[124].2.6 Характеристики и морфология поверхности пленок In2O3:SnВ таблице 2.4 представленыпредставлены некоторые параметры синтеза и характеристикиисследованных пленок.Таблица 2.4 Параметры синттезаеза и характеристики исследованных плёнок In2O3:Sn [124]Метод синтезасинтеПодложка Тсинтеза,0СТолщина,нмSn, aт %ITORTМРстекло23803,65ITO 230МРстекло230803,5ITO OdefМРстекло23804,04На рисунке 2.19 показаны изображения, полученные методом просвечивающейэлектронной микроскопии (ПЭМ), для пленок In2O3:Sn в работе [[126].
Пленки In2O3:Sn,исследованные в работе [126],[], были осаждены методом магнетронного распыления наподложки аморфного кремния в тех же условиях, что и пленки ITORT и ITO230, исследованныев данной работе.а)б)Рисунок 2.19 Изображения, полученныепометодом ПЭМ, пленок ITORT (а) и ITO230 (б) [126]74В силу идентичности всех параметров осаждения, за исключением подложки, которая вобоих случаях являлась аморфной, есть основания полагать, что структура пленок ITO наподложках из аморфного кремния, исследованных в работе [126], похожа на структуру пленок,исследованных в данной работе, осаждённых на стеклянные подложки в тех же условияхСогласно данным ПЭМ, плёнки ITO, состоят из крупных кристаллитов, вытянутыхперпендикулярно поверхности подложки [126]. Размер кристаллитов больше в плёнках,осаждённых при температуре 2300 С, чем в плёнках, осаждённых при комнатной температуре.КонцентрацияоловавпленкахITOопределяласьнаосноверентгеновскойфотоэлектронной спектроскопии (рисунок 2.20).
Согласно полученным данным, в пленкахоксида индия, легированных оловом, синтезированных в условиях с пониженным содержаниемкислорода, наблюдается более высокая плотность состояний между максимумом валентнойзоны и уровнем Ферми, чем у пленок ITORT и ITO230. Хвост плотности состояний можнорассматривать как акцепторные состояния, на которые могут захватываться электроны, темсамым уменьшая электронную проводимость.Рисунок 2.20 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия в пленках оксида индия,легированного оловом, синтезированных в различных условиях [124]На рисунках 2.21-2.22 представлены результаты рентгеновской фотоэлектроннойспектроскопии для 3d оболочек In и Sn и 1s оболочки О. Энергия связи электроновувеличивается в порядке, в котором происходит рост сопротивления пленок (ITO230-ITORTITOOdef).Морфология поверхности пленок была исследована методом атомной силовой микроскопии[124]. На рисунке 2.23 представлено изображение поверхности пленок ITORT и ITO230.Поверхность пленки, осажденной при комнатной температуре, наноструктурирована.
Наповерхности пленок, подвергнутыхтермическойобработке при2300С, наблюдалось75образование зерен, однако, в целом поверхность этих пленок обладала более плоскойструктурой.Рисунок 2.21 (а) РентгеновскаяРисунок 2.21 (б) Рентгеновскаяфотоэлектронная спектроскопия для 3dфотоэлектронная спектроскопия для 3dоболочки In [124]оболочки Sn [124]Рисунок 2.22 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия для 1s оболочки O [124]Рисунок 2.23 Изображения пленок, осажденных при комнатной температуре и при 230 С,полученные методом атомной силовой микроскопии [124]762.7 Методика исследования электрофизических и гальвано-магнитных свойствВ работе были исследованы температурные зависимости сопротивления в интервалетемператур 4,2-300К, магнетосопротивления и эффект Холла в магнитных полях до 5.5 Тл.ИзмерениеэффектаХолла,магнетосопротивленияитемпературнойзависимостисопротивления были проведены четырехзондовым методом в режиме постоянного тока.Типичные значения тока составляли 0,1-100мкА в зависимости от сопротивления пленок.
Дляисключения вклада от паразитных термоЭДС и других постоянных наводок измеренияпроводились при двух направлениях тока. Измерения магнетосопротивления и эффекта Холлатакже проводились при двух направлениях магнитного поля.Величина удельного сопротивления (ρxx) и холловской компоненты сопротивления (ρxy)рассчитывались по формулам:=(2.1)пленки=,(2.2)где Uxy – напряжение с поперечных (по отношению к направлению тока) контактов, Uxy –напряжение с продольных контактов, I- сила тока в образце, dij – расстояние между контактамиi и j (рисунок 2.25), dпленки – толщина пленки. Концентрации n и подвижности μ электроновбыли рассчитаны по формулам:==((2.3))(2.4)пленкигде ρxx, –продольная компонента удельного сопротивления, е – элементарный заряд, B –магнитная индукция.
На рисунке 2.24 изображены исследуемые образцы и указаны иххарактерные размеры.Оксидная пленкаСтеклянная подложка700-30нм нм ~~ 5мм~ 9 ммРисунок 2.24 Схема и характерные размеры образцаКонтактные площадки на образцах были сформированы напылением золота через маску. Кконтактным площадкам припаивались медные микропровода диаметром 25 мкм. Припаивание77проводилось сплавом InSnPb. Вид сверху образцов с контактами для гальваномагнитныхизмерений показан на рисунке 2.25B521463Рисунок 2.25 Расположение контактов для гальваномагнитных измерений:1,4 – токовыеконтакты; 2,5,6,3 -потенциальные контактыИзмерения температурной зависимости сопротивления, магнетосопротивления иэффекта Холла проводились в металлическом гелиевом криостате.
Магнитное поле величинойдо 6 Тл создавалось сверхпроводящим соленоидом. Измерение магнетосопротивления иэффектаХоллапроводилосьчетырехконтактнымметодом.Измерениетемпературыпроводилось термопарой медь-константан.2.8 Оценка погрешности измеренийОпределение температуры осуществлялось с использованием термопары медь-константанв диапазоне от 4.2 К до 300 К. Напряжение на термопаре измерялось с точностью до 1 мкВ,что позволяет определить температуру по термопаре в интервале 77÷300К с точностью до 0.05К, в интервале 25÷77 К с точностью 0.1 К, в интервале 4.2÷25 К с точностью 0.3 К.Ток через образец измерялся с погрешностью 0.01 мкА. Погрешность измеренийхолловского напряжения на образце была не более 0.1 %.
Ток через соленоид определялся попадению напряжения на эталонном сопротивлении с погрешностью 10 мА, что позволялоопределить величину напряженности магнитного поля с погрешностью 0.002 Тл. Линейныеразмеры образцов измерялись с помощью измерительного микроскопа с погрешностью 0.1мм. Такие погрешности определения величин напряженности магнитного поля, тока иразмеров образца приводилакмаксимальной погрешности определенияудельногосопротивления и концентрации электронов не более 5 %, а подвижности электронов не более9%. При определении длины диффузии за время релаксации фазы волновой функции изанализа отрицательного магнетосопротивления погрешность составляла не более 8%.
Анализсоставляющих погрешности измерений показывает, что основной вклад в погрешностьопределений параметров вносит погрешность измерения линейных размеров образца с учетомрасположения и размеров площадок контактов.78Глава 3. Слабая локализация электронов в тонких пленках ZnO:Ga иIn2O3:SnВ данной главе представлены результаты исследования температурной зависимостисопротивления и магнетосопротивления пленок ZnO, легированных галлием, синтезированныхв окислительных условиях и пленок In2O3, легированных оловом, осажденных при комнатнойтемпературе и при температуре 2300C.3.1 Температурные зависимости сопротивления плёнок ZnO:Ga, синтезированных вокислительных условиях, и In2O3:Sn, полученных распылением оксидных мишенейТемпературные зависимости удельного сопротивления исследованных пленок ZnO:Ga иIn2O3:Sn характерны для сильно легированных полупроводников и неупорядоченных металлов1450454035302520(б)(a)12Y310мОм*сммОм*см[127-128] (рисунок 3.1).Y2R310R23R1Y15010020023000T, KT, K2000,7Ом*м0,6ITORT(в)0,50,40ITO230100200300T, KРисунок3.1ТемпературныезависимостисопротивленияпленокZnO:Ga,синтезированных в окислительных условиях на подложку Zr2O3(Y2O3) (а), r-Al2O3(б) и пленок In2O3:Sn, изготовленных из оксидных мишеней (в) [124]79Полученные зависимости показывают, что удельное сопротивление плёнок ZnO:Ga слабоувеличивается при понижении температуры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
