發(fā)布時間：2020-06-17 16:25

【摘要】：ITO薄膜具有高載流子濃度(10~(20)cm~(-3))、低電阻率(10~(-4)?·cm)及高可見光透過率(80%),被廣泛的應(yīng)用于平面顯示、太陽能電池以及電磁屏蔽等領(lǐng)域。表面等離子體因具有近場增強(qiáng)效應(yīng)被廣泛的應(yīng)用于傳感、探測、超分辨率成像等領(lǐng)域。目前表面等離子體材料多采用金屬,但金屬在紅外范圍內(nèi)的損耗較高且性質(zhì)固有,這些性質(zhì)嚴(yán)重影響了器件的性能。ITO具有可調(diào)的光電性質(zhì),在紅外范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)表面等離子體效應(yīng)的同時損耗較小,因此可以作為紅外范圍內(nèi)理想的表面等離子體材料。本文首先采用直流磁控濺射法在不同溫度、不同濺射時間以及不同襯底的實(shí)驗條件下制備ITO薄膜,優(yōu)化其工藝參數(shù):當(dāng)制備溫度450℃,濺射時間為115min時電阻率最低(8×10~(-5)?·cm),濺射時間為15min時可見光平均透過率最高(96%);與玻璃襯底和石英襯底相比,以藍(lán)寶石為襯底制備的ITO薄膜表面粗糙度較小,均方根粗糙度(Rq)低至1.13nm;不同條件下制備的ITO薄膜均為立方多晶鐵錳礦結(jié)構(gòu)。通過改變ITO薄膜的制備溫度和濺射時間,實(shí)現(xiàn)了表面等離子體共振波長的有效調(diào)制(2000-1183nm)。理論計算了ITO薄膜的介電常數(shù)實(shí)部,證明其表面等離子體共振波長的大小主要由載流子濃度決定。最后采用時域有限差分法模擬了ITO納米陣列的消光光譜與局域電場分布,得到:當(dāng)ITO納米陣列的局域表面等離子體共振峰與入射波長匹配時,ITO納米結(jié)構(gòu)的局域電場強(qiáng)度提高了2-3倍。
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O484
【圖文】：

a)ITO(11.2±1.8nm，30% Sn)納米顆粒的 TEM 圖像(b)不同 Sn 摻雜濃度的 ITO 納米等離子體共振吸收光譜[16]O 透明導(dǎo)電氧化物薄膜O 薄膜作為一種重?fù)诫s的 n 型半導(dǎo)體材料，具有較高的可見光平均透過率子濃度(1020~1021cm-3)以及低電阻率(10-4 cm)，其禁帶寬度在 3.5-4.3eV有光電性質(zhì)可調(diào)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定及易刻蝕等優(yōu)點(diǎn)，因此在探測[19]、傳感[21]、太陽能電池[22]等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。觀結(jié)構(gòu)膜的微觀結(jié)構(gòu)決定了其光電性質(zhì)的好壞，因此對薄膜微觀結(jié)構(gòu)的研究具有晶體結(jié)構(gòu)究者們采用 X 射線衍射儀(X Ray Diffractometer，XRD)測試，研究了不同的 ITO 薄膜的微觀結(jié)構(gòu)：山東非金屬材料研究所的黃成亮等人[23]在 201

m[26]采用磁控濺射法制備的 ITO 薄膜的 AFM 圖；圖 1.2(b)為彭壽[12]等人在 2016 年采用磁控濺射的方式制備的 ITO 薄膜的 SEM 照片；圖1.2(c)為 S S Kim[8]研究組在 1999 年采用溶膠凝膠法制備 ITO 薄膜的 AFM 圖；圖 1.2(d)為 H Kim[27]研究組在 2001 年采用脈沖激光沉積法制備的 ITO 薄膜的 AFM 圖。以上研究表明：ITO 薄膜的表面形貌具有平整、均勻、致密的特點(diǎn)，其表面顆粒呈無序分布，表面粗糙度及顆粒尺寸受制備條件影響較為明顯。圖 1.2 磁控濺射法制備的 ITO 薄膜的(a)AFM 照片[26](b)SEM 照片[12](c)溶膠凝膠法制備 ITO 薄膜的 AFM 圖[8](d)脈沖激光沉積法制備 ITO 薄膜的 AFM 圖[27]1.2.2 能帶結(jié)構(gòu)圖 1.3 為 In2O3的能帶結(jié)構(gòu)，直接帶隙 EeVg3.750= 。導(dǎo)帶中電子的有效質(zhì)量為0m ≈ 0. 35m，0m 指自由電子的有效質(zhì)量。費(fèi)米能級FE 處于導(dǎo)帶與價帶中間。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃成亮;李永波;張勇;王明;張塬昆;賈增民;;濺射時間對室溫沉積ITO薄膜光電性能的影響[J];人工晶體學(xué)報;2015年04期

2 高峗;趙高揚(yáng);段宗范;任洋;;以無機(jī)鹽為出發(fā)原料的噴霧熱解法制備ITO薄膜的研究[J];西安理工大學(xué)學(xué)報;2014年02期

3 張麗麗;周炳卿;張林睿;李海泉;;摻錫量對溶膠-凝膠法制備ITO薄膜性能的影響[J];信息記錄材料;2013年02期

4 馬衛(wèi)紅;蔡長龍;;磁控濺射制備ITO薄膜光電性能的研究[J];真空;2011年06期

5 張明福;許文彬;沈海濤;王家智;韓杰才;;透明導(dǎo)電氧化物薄膜研究的新進(jìn)展[J];壓電與聲光;2010年05期

6 邵景珍;董偉偉;陶汝華;鄧贊紅;方曉東;;柔性透明導(dǎo)電氧化物薄膜的制備及其應(yīng)用[J];液晶與顯示;2009年05期

7 郭守月;曹春斌;孫兆奇;;ITO薄膜的透射譜解譜[J];真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報;2009年02期

8 李家亮;姜洪義;牛金葉;鄒科;;透明導(dǎo)電氧化物薄膜的研究現(xiàn)狀及展望[J];現(xiàn)代技術(shù)陶瓷;2006年01期

9 趙透玲;任丙彥;趙龍;王文靜;;射頻磁控濺射ITO薄膜中沉積溫度對膜特性影響[J];光電子·激光;2005年12期

10 劉昶時,施維林;表面等離激元共振生物傳感分析及應(yīng)用[J];光譜實(shí)驗室;2004年02期

本文編號：2717863