四探针应用｜溅射时间对 AZO 薄膜电学特性的影响

Al 掺杂的 ZnO(AZO)薄膜作为一种新兴的半导体光电材料，不仅具有高电导率，可见光范围的高透过率，且储量丰富，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。本文用丘山仪器四探针电阻测试仪对薄膜的性能进行表征和分析，研究溅射时间对 AZO 薄膜电学特性的影响。

图 a AZO薄膜的电阻率与溅射时间的关系

固定溅射参数为：基底温度 200℃，靶基距 45mm，溅射功率 100W，工作气压 0.3Pa，改变溅射时间为 10，20，30，40，60min，在纯 Ar 气氛中制备 AZO 薄膜样品，记为 t1，t2，t3，t4，t5。电阻率与时间的关系如图a所示。

图 b AZO薄膜的电阻率与溅射时间的关系

固定溅射参数为：基底温度 400℃，靶基距 45mm，溅射功率 200W，工作气压 0.3Pa，改变溅射时间为 10，12.5，15，17.5，20min，在纯 Ar 气氛中制备 AZO 薄膜样品，记为 t6，t7，t8，t9，t10。电阻率与时间的关系如图b所示。

图1 AZO薄膜的电阻率与衬底温度的关系

由图a可得当溅射时间在 30min 的范围内时，随着溅射时间的增加，薄膜的电阻率下降，这是因为溅射时间的增加会使得薄膜的厚度随之增加，从而使薄膜的晶粒尺寸增大，晶化程度提高，弱化了晶粒间的晶界散射，提高了载流子的迁移率，所以电阻率会降低。当溅射时间超过 30min 之后，薄膜的电阻率增加，导电性变差。图b具有与图a相似的变化趋势，只是当溅射时间为 15min 时最有最低的电阻率 1.48×10-4Ω·cm。对比图中的 a、b图还可以发现，400℃的基底温度下的 AZO 薄膜的电阻率达到 10-3 的数量级，远低于 200℃的基底温度下的电阻率，说明基底温度对薄膜的电阻率具有很大影响，这跟图1（AZO 薄膜的电阻率与衬底温度的关系）的分析一致。

由此可得出结论，当溅射时间在一定的范围内时，随着溅射时间的增加，薄膜的电阻率降低，但是当溅射时间超过这个范围后，薄膜电阻率将随时间的增加而增加。

丘山仪器四探针电阻测试仪

丘山仪器专为科学研究设计的丘山仪器四探针电阻测试仪，可以对最大 6 英寸晶圆的方阻、电阻率、电导率等参数进行测量，可广泛适用于光伏、半导体、合金、导电膜等诸多领域。