Исследование влияния газодинамических параметров распыления на качество тонких пленок прозрачных проводящих оксидов

Аннотация

Прозрачные проводящие оксиды (ППО) находят широкое применение в современной оптоэлектронике благодаря уникальному сочетанию высокой электропроводности и оптической прозрачности в видимом диапазоне спектра. Метод спрей-пиролиза является одним из наиболее перспективных технологических процессов получения тонкопленочных покрытий ППО, однако качество получаемых пленок критически зависит от газодинамических параметров распыления. В работе исследовалось влияние скорости газа-носителя, давления распыления, температуры подложки и концентрации прекурсора на морфологию, кристаллическую структуру и электрофизические свойства тонких пленок оксида индия-олова (ITO) и оксида цинка, легированного алюминием (AZO). Использовались методы рентгеноструктурного анализа, оптической спектроскопии и измерения электропроводности четырехзондовым методом. Установлено, что оптимальная скорость газа-носителя составляет 2.5–3.0 л/мин при давлении 0.15–0.20 МПа для получения пленок ITO с минимальным сопротивлением (8.2·10-4 Ом·см) и максимальной прозрачностью (88% в видимом диапазоне). Увеличение температуры подложки с 350°C до 450°C приводит к улучшению кристалличности пленок и снижению удельного сопротивления на 40%. Математическая модель процесса показала корреляцию между числом Рейнольдса газового потока и однородностью толщины пленки. Полученные результаты демонстрируют критическую важность оптимизации газодинамических параметров для получения тонких пленок ППО. Разработанная математическая модель позволяет прогнозировать свойства пленок в зависимости от технологических параметров и может быть использована для оптимизации промышленных процессов производства прозрачных электродов для солнечных элементов и дисплеев.