文摘

铟氧化锌薄膜(IZO)沉积在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基质不同等离子体功率(从100 W到300 W)使用射频(RF)磁控溅射技术和致发光(EL)设备。IZO电影的信息,这个过程是氧等离子体处理权力使用plasma-enhanced化学气相沉积(PECVD) "系统。这种治疗后,微观结构、电气和光学性质IZO电影观察和报道。结果表明,IZO /宠物电影是捏造的最低电阻率( ),同时显示的光学特性的最大透光率95%,可见地区光滑形态和良好的晶体结构,影响等离子体功率300 W的最佳载体浓度( )和霍尔迁移(42.12厘米²分别/ V·sec)。亮度特性和EL效率也调查并显示的等离子体功率300 W最高点84 cd / m²和0.924 lm / W。负责生产的薄膜性能被发现和改善IZO / PET基体的性能,适合于显示设备。

1。介绍

灵活的显示设备,如有机发光电化学电池(oled)和发光二极管(led)已经成为有趣的研究,因为他们的显示特征向轻、薄、宽视角(1,2]。然而,这些发光设备很难制造在某些生产过程,例如,真空蒸发过程或金属有机化学气相沉积(金属)。因此,新型发光材料像致发光(EL)小组已经为光电子设备视为最好的选择方法。这是因为发光材料具有独特的优势如少限制和简单的设备结构的电极材料,以及其制备大面积器件的能力(3,4]。除了厄尔属性,透明导电氧化物(TCO)材料被广泛用作导电氧化物(如光电设备、平板显示器和太阳能电池)。TCO的大多数研究集中在氧化铟锡(ITO) (5)是常用的EL设备由于其良好的电气性能,例如,高电导率、光学透明,和500°C的热稳定性6- - - - - -8]。因此,新的候选人ITO更换是必要的,因为外汇储备的短缺9]。透明导电氧化锌(氧化锌)电影是常用的作为潜在的替代ITO。导电氧化锌已经变得越来越有趣,因为他们有一个广泛的带隙3.37 eV,大量激子结合能60 meV半导体中的可见光波长范围在室温下可使激子的发射效率(10,11]。这些属性之外,氧化锌是一种很有前途的材料为各种不同的电子设备如薄膜光电、透明电子、传感和光电12,13]。然而,与大多数TCO电极相比,导电率仍较低。为了提高氧化锌电导率,需要纳入氧化锌,一些元素如铝(Al), (Ga)、镓和铟(在),用来治疗已经置换氧化锌可以搀杂剂可以在疲惫的改变电气和光学性质以及几何(大小和形态)的电影。因此,gallium-doped氧化锌(GZO)和aluminum-doped氧化锌(偶氮)实验发现有趣的选择。然而,这些掺杂物的广泛研究,已完全通过使用玻璃基板(14- - - - - -17]。施等。18)的导电偶氮薄膜制作的 电阻率与380纳米的厚度。金等。19)制造偶氮薄膜电阻率最低的 和200纳米的厚度。然而,这些掺杂剂类型可以创建一些问题,如沉重的脆性和能力展开。中各种元素掺杂物,铟是一种独特而有趣的材料由于其品质,能量带隙(3.37 eV),高光传输、高的化学稳定性,高导电性,已广泛应用于许多微电子(如太阳能电池、平板显示材料和传感器)(20.- - - - - -22]。由于这些原因,indium-doped氧化锌(IZO)电影似乎是一个很好的材料ITO薄膜(23]。IZO电影的沉积在柔性基板可以像塑料一样可靠的能量转换技术灵活,轻便,比玻璃基板(便宜24,25]。在各种塑料材料、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种很有前途的选择柔性基板由于其良好的热稳定性和旋转能力,以及表面惰性执行超过85%的光传输的可见范围26,27]。为了准备IZO电影,各种沉积技术被认为是如溶胶-凝胶法处理、离子束溅射、磁控溅射(MS)和射频(RF)磁控溅射。在这些方法中,射频磁控溅射是一个很好的方法由于其外套热敏性基质的能力,高纯度的电影,无气孔涂层致密,附着力好(30 MPa) (28,29日]。然而,IZO电影似乎是有问题的,因为它只基于射频磁控溅射表面粗糙度,容易裂缝,粗糙表面或边缘30.]。解决这些问题,一个氧等离子体处理过程的使用是为了制造IZO膜表面并使其平滑和无裂缝31日]。另外,碰撞和宇宙射线在大气压力是最采用等离子体技术生产由于它产生多个电子气体分子通过拉电子密度和电荷粒子的过程。然后粒子引起电子带正电荷(电离)[32,33),显示气体碰撞机制如下(方程(1)):

此外,被认为是重要的,因为这部分显示了氧机制作为臭氧前体反应(34)如下(方程(2)):

表面处理有很多方法,激光治疗(35),偶联剂涂层(36),和氧等离子体处理(37]。特别是,氧等离子体处理似乎是最好的选择。由于这种方法的优点,它具有效率高、不损坏衬底,环境友好38]。家庭,有许多研究研究的应用IZO电影,例如,Ullah萨那等人开发了属性IZO电影通过提高高度透明和导电39],Goncalves岗卡罗等人研究了提高透明IZO电影的橙色、绿色和蓝色有机发光(40,41]。因此,为了实现多个属性高质量的结晶度和增强的电子和光学性质,IZO电影被认为是重要的。在这项研究中,我们制造indium-doped氧化锌(IZO)电影和以宠物为基材的涂布射频(RF)磁控溅射技术后来氧等离子体处理。我们调查了电气和光学特性的导电IZO薄膜在不同条件下的等离子体功率从100 W到300 W。这个过程影响的结构描述电影的增长。

2。材料和方法

2.1。准备IZO薄膜沉积在宠物的氧等离子体处理

关于IZO电影沉积在宠物生产、IZO电影被沉积在宠物衬底(聚酯薄膜®453)的射频磁控溅射技术 。ZnO-doped的准备₂O₃,研究人员利用IZO合金目标(AEM公司),由氧化锌99.99%的纯度和密度(10 wt. %)和₂O₃(90 wt. %)。薄膜生产过程中的第一步是清洁衬底超声(uc - 2000)为了消除污染前的沉积过程。此外,目标和衬底之间的距离举行7厘米,和真空室(SUS304)注入到一个基本的压力 。工作压力设置在4毫托,在沉积过程中控制。500海里的膜厚度是生长在宠物衬底在室温下通过改变功率沉积。

IZO薄膜沉积过程后,电影被plasma-enhanced化学气相沉积(PECVD) "系统(40)和一个对称的两个平行板反应器位置和大小。IZO等离子处理的电影,宠物衬底被放在与射频信号的接地电极阴极应用于上部电极在13.56 MHz不同功率条件下从100 W到300 W 1小时。此外,氧气是注入到50 sccm常数和26.6 Pa的工作压力控制与衬底表面温度(约50°C,可以看到在图1)。

2.2。制备的设备与IZO电影沉积在基体电极的宠物

的元素IZO PET /磷/绝缘子(BaTiO₃)/ Ag)电极被认为是和用于EL设备 大小。一个厚度从10μ米到50μ米是由磷能力(硫化锌:铜、20μm-32μ米)从欧司朗Sivanier公司购买。作为粘合剂墨水系统,1克磷和1.5克的粘结剂混合,搅拌10分钟在800 rpm,那么干治疗应用于130°C 25分钟。应该注意的是,两次的磷沉积在绝缘子。此外,Ag)电极沉积在绝缘子的大小 在130°C干了25分钟(39,42,43]。在这部作品中,形态的属性IZO薄膜沉积在宠物衬底通过为EL氧等离子体处理装置研究了原子力显微镜(AFM: Prak, x - 100)。电影的微观结构是由x射线衍射分析(XRD: jdx - 3530)与铜K -α( )源和扫描范围20°-80° 。使用紫外可见分光光度计的光学特性研究(950年PerkinElmer:λ)。电阻率等电特性、载体浓度、和大厅流动测量测量霍尔系数使用van der波夫(44]。此外,亮度特性的电影检查尽管光谱亮度分析仪(柯尼卡Minota;cs - 2000)。一个5 V 60 Hz电压应用了数字函数发生器(Hantek;HDG2012B)。

3所示。结果与讨论

3.1。结构特性

IZO电影宠物衬底上沉积的调查是由氧等离子体处理在这个研究。为了使系统的研究中,等离子体功率从100 W到300 W实验控制和工作压力以及目标和基板之间的距离是固定的。IZO电影研究的表面形态的AFM分析如图2(一个)- - - - - -2 (d)各种形状的柱状微观结构。提出,重要的点被发现在射频功率300 W,显示了一个更大的颗粒均匀分布的特征和直径50 nm导致平滑的化学颗粒表面上,这个条件可以移除不相关的化学颗粒从IZO电影45]。因此,结果表明,等离子体功率在影片中是一个至关重要的因素增长。观察到较低的等离子电源,IZO电影得到了密度和较大的晶粒尺寸,提出了低品质的在显示技术中的应用。另一方面,当等离子体功率增加,IZO电影呈现出更多的一致的表面特征的形成柱状微观结构显示IZO电影表面形成较小的颗粒状结构的颗粒大小(46- - - - - -48]。这是因为IZO电影的准备工作在更高的等离子体功率是影响高沉积的原子,原子IZO增加动能,和高扩散系数。因此,电子很容易穿过自由空间造成高粒度和IZO电影胶片密度。

电影的厚度测量用表面轮廓曲线仪(Dektak 150)。有发现最高的厚度是由650海里,这是位于等离子体功率300 W。注意,等离子体功率对膜厚度有明显影响。这部电影准备在等离子体功率显示一个厚膜高于较低的等离子电源准备。的原因,离子刺激很容易沿着高能源,由于等离子体崛起在增长。因此,动量转移膜表面的原子发生碰撞,导致了更厚的电影。此外,图3显示了x射线衍射模式IZO电影宠物衬底上沉积了氧等离子体处理。IZO电影展示了多晶结构的形成是指JCPDS 36 - 1451标准。所有样本显示铟(101)衍射峰位于约36.9°( )。每个条件显示峰值(002)、(101)、(102)和(004)在大约34.5°,48.3°,和68.9°,分别在进一步调查。图3还表明,x射线衍射峰的强度逐渐增加而上升的结晶度IZO电影等离子电源。这对应于图2强度最高的等离子体功率为300 W。

此外,布拉格方程(49)是用来计算层间隔距离我们可以看到在桌子上1。给定的表1提供信息的粒度由谢乐公式的计算(50(方程(3))。

IZO电影的粒径逐渐从16.8减少到12.2 nm和等离子体功率的增加。注意的粒度从AFM与晶粒尺寸由XRD分析。

3.2。光学和电学性质

图4说明了光学透过率光谱IZO电影的沉积在PET基体在不同等离子体功率从300到800纳米波长的政权。给定的线图显示了平均透光率范围在450 nm - 750 nm。更广泛的光谱透射比高衬底温度样品薄膜牵连更多的吸收效率。可以看到,与100 W IZO薄膜的透光率是在可见光区和近86%在200 W的90%左右。也发现的最大透光率95%出席了IZO电影的等离子体功率为300 W。这是因为等离子体崛起的不断变化的环境。这是一个至关重要的因素对等离子体有许多氩离子造成的目标原子失去能量勾结氩离子。由于这些原因,原子能不够沉积在衬底上,导致沉积速率降低。因此,透光率值增加由于减少厚度的电影。注意电影的光透射率几乎没有影响等离子体动力响应的复折射率的材料和表面粗糙度51,52]。

吸收系数的计算( )是用来计算的光学带隙IZO电影(方程(4))(53]。 在哪里透光率和层厚度。在这一点上,光学带隙( )与吸收系数( )通过Tauc关系(方程(5))(54]。 在哪里是一个常数的半导体和是这张照片的能量。因此,光学带隙的计算值IZO电影进行了总结。因此,有发现的值之间所示3.7 eV和3.95 eV,行列式的位置发射的光子能量形式的能量。注意,氧化锌薄膜通常平均能量带隙约3.37 eV。与IZO电影比较,我们发现有一个逐渐转变的能量禁令多嘴的增加导致透光率IZO电影的紫外线范围(55]。此外,我们发现,等离子体功率(100 W、200 W和300 W)显示一个蓝色的转变。见图5,所表现出的最大值是300 W等离子体平均波长523纳米,这显示了EL设备在可见范围内。

此外,IZO薄膜沉积在宠物的电性质研究了衬底通过使用van der波夫霍尔系数测量。磁场是恒定在0.5 T。图6展示信息与等离子体功率的变化电阻率。随着等离子体功率从100 W到300 W,结果显示一个戏剧性的下降 来 。我们发现大约的最低点了 在等离子体功率300 W。此外,依赖载体浓度和迁移率不同的等离子体功率条件如图7。查看图7,有稳定的增长趋势的价值载体浓度( )所示的最高价值 在300 W。同时,移动( )趋势是稳步提高到42.12厘米²在300 W / V·秒。根据这些结果,可以认为,大厅流动性和载体浓度上升为等离子体功率增加。这个结果的原因是由于表面行为矫正和氧空位的等离子体功率蚀刻IZO电影(49,51,52]。因此,获得IZO电影由氧等离子体处理在高霍尔迁移和载体浓度可能适合光化学和电化学的应用程序。一种改进IZO电影载体浓度和迁移率可以同时实现高在这个研究中,从数据这是显而易见的6和7。因此,很明显,我们提供IZO电影650纳米的厚度。根据上述,我们预期高的薄膜的特性通过增加电子和光学有效等离子体功率更高,因为这些准备的电影在不同的等离子体功率的条件。当等离子体功率增加,流动性趋势是稳步上升,载体浓度也有类似的趋势。流动性直接有效的电气性能。通过增加等离子体力量,离子加速以高能增加力量。因此,表面原子的电影会有很高的运动能量,导致电子很容易从价带导带。对于这种情况,迁移率也增加,载体浓度;因此,这是一个积极的影响电气性能(56]。

表2说明了电影之间的比较结果IZO和氧化锌/ Ag /氧化锌。可以看到,这项研究执行优势潜力,提供最低的电阻率比电影由他人。

3.3。亮度特性

IZO电影宠物衬底上沉积的亮度特性研究了氧等离子体处理对EL设备通过光谱亮度分析仪的电压5 V和60 Hz(如图8)。根据图8,有稳定的亮度值增加趋势IZO电影。重要的点在300 W等离子体功率点显示亮度最高的84 cd / m²、200 W、100 W,和未经处理的等离子体功率值在76 cd / m²64 cd / m²,52 cd / m²,分别。注意,最大亮度得到从EL设备IZO电影以宠物为基材的涂布氧等离子体处理由于电压波形的行为和感应电流的电流。这使得当前IZO电影之间的磷光表面等离子体和治疗费用,快速电子转移的效果。详细看,等离子体增加,功率提高亮度的直接影响,因为IZO电极有许多电子和膜的表面积,可能导致更快的电子转移,导致电子碰撞。在这种情况下,它是一个主要因素在感应电流的电流和电压波形的行为有积极影响IZO膜表面(58,59]。此外,埃尔(Eff效率_埃尔)或称为功率效率计算EL器件的亮度是乘以面积光发射/输出功率。Eff_埃尔可以显示在方程(6)[35,38]。 在哪里是一个亮度(cd / m²或lm /米²/ sr)。是发光的表面。结果发现,效率最高_埃尔IZO电影宠物衬底上涂在0.924 lm / W, 200 W和100 W等离子体功率300 W,和未经处理的0.845 lm / W, 0.712 lm / W,分别和0.437 lm / W。最好的,滚开_埃尔EL设备与IZO电影和氧等离子体处理在300 W等离子电源。这可以解释为越来越多的电子的磷和增加磷锌和铜电子的碰撞的硫化锌:铜磷。

4所示。结论

在这项工作中,我们研究了薄膜的特性IZO电影沉积在PET基体采用射频磁控溅射法和氧等离子体处理对结构都有很大的影响,电子和光学性质的电影。使用的等离子体功率显著差异的条件在这项研究中,尝试在不同条件下的等离子体功率300 W, 200 W、100 W,和治疗。在O IZO电影治疗₂等离子体处理功率使用PECVD系统。"结果,IZO影片涂上宠物衬底的等离子体功率300 W被认为较低的电阻率比其他条件的最低点 和最高的84 cd /发光²。使用氧等离子体处理对IZO电影为EL设备有可能改进的光强度的效率。此外,这些原因也可以证明IZO薄膜氧等离子体处理制备的样品是可行的适合tco的IZO薄膜应用程序和电子显示设备。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是支持的Petchra Pra Jom Klao硕士学位从蒙国王科技大学奖学金吞武里(KMUTT),泰国(格兰特11号,2019);根据项目的研究、创新和合作办公室(RIPO);和泰国国家研究型大学项目办公室的高等教育。