四探针应用：基底温度对 AZO 薄膜电学特性的影响

AZO薄膜作为一种新兴的半导体光电材料，因其储量丰富，价格低廉，在氢等离子体中稳定性好，现已成为替代ITO 薄膜的首选材料。丘山仪器四探针测试仪能够对AZO薄膜的性能进行表征和分析，丘山仪器四探针拥有超宽的测量范围：0.1 µΩ ∼ 100 MΩ、最大样品尺寸达：150 mm ∗ 70 mm （直径 ∗ 厚度），在薄膜电阻测量方面表现优良。

AZO 薄膜的电阻率与衬底温度的关系——技术咨询176-5252-0563

使用丘山仪器四探针测试仪测试不同基底温度下（T1-T7）薄膜样品的电阻率，如图所示。由图可得随着基底温度的升高，AZO 薄膜的电阻率显著下降，这说明提高基底温度可以增加薄膜的导电性。因此薄膜电阻率ρ与薄膜的电导率σ的关系为：

ρ=1/σ=ρ₁×d

其中ρ₁为薄膜的方块电阻，d 为薄膜的厚度

σ=neμ

其中 n 为载流子浓度，μ为迁移率，e 为电子电量

因此ρ=1/σ=1/(neμ)，所以提高载流子浓度和迁移率可以提高薄膜的导电性。由于薄膜中的电子迁移率比体材中小的多，所以半导体薄膜的高电导率主要来源于薄膜内部的高载流子浓度，通过向ZnO 薄膜中掺杂Al 就是为了提高载流子浓度。迁移率的大小由载流子的散射机制所决定，透明导电膜内的散射机制主要包括中性杂质散射、电离杂质散射、晶格振动散射和晶界散射等。因为中性杂质的浓度要远远小于电离杂质的浓度，所以一般情况下中性杂质对载流子的散射可以忽略不计。在低温情况下电离杂质散射占主导地位，随着温度的升高，晶格振动散射的作用将逐渐增强。当样品的晶粒较小时，晶粒间界散射会对迁移率产生较大的影响，当薄膜的晶粒度远远大于电子的平均自由程时，晶粒间界散射的贡献与其它散射机制相比要小得多，因此可以忽略不计。

AZO 薄膜的电阻率随着基底温度的升高而下降可以由两方面来解释。首先较高的基底温度可以使溅射到基底上的原子获得较大的初始动能，从而使晶粒变大，大的晶粒晶界散射减少，因此可以减少载流子的散射，提高迁移率。其次，较低的基底温度下沉积的 AZO 薄膜，其晶界附近堆积着大量的吸附氧，它们可以作为电子陷阱来捕获电子，从而使载流子浓度降低，基底温度的升高可以使晶界上的吸附氧发生脱附作用，释放电子，从而导致载流子浓度增加。从图中还可以发现当基底温度大于 450℃时，随着基底温度的继续升高，薄膜的电阻率略有增加，这是因为基底温度过高会使得薄膜中形成过大的晶粒，其结果是晶粒的取向性变差，分散度和偏离度变大，从而使晶界中缺陷增多，晶界势垒增大，使得载流子的迁移率降低。同时，高温使得 Al 原子与 O 原子得以充分反应，减小了作为替位原子的 Al 的含量，从而也降低了薄膜中的载流子浓度，因此会出现电阻率升高的现象；另外一个可能的原因是高温使得玻璃基底软化，结构发生了变化，破坏了薄膜的择优生长，导致缺陷增多，减少了载流子浓度，增加了迁移率，从而导致薄膜电阻率增加。

丘山仪器FPP150四探针电阻率测试仪

丘山仪器四探针操作简单，使用方便，现有RM100扫描四探针和FPP150四探针电阻率测试仪两款丘山仪器自主研发的四探针供选择，两款产品均能够对薄膜电阻进行测量。