四探针应用｜溅射功率对 AZO 薄膜电学特性的影响

通过前面几篇文章我们知道在 200~450℃的基底温度范围内，薄膜的电阻率随着基底温度的增加而降低，基底温度大于 450℃后，电阻率略有增加。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。薄膜的电阻率随着溅射功率的增加而减小。今天我们继续探讨丘山仪器四探针电阻测试仪在AZO 薄膜上的应用——溅射功率对 AZO 薄膜电学特性的影响。

丘山仪器四探针电阻测试仪可以对最大样品尺寸：150 mm ∗ 70 mm （直径 ∗ 厚度）的样品进行测量。丘山仪器四探针电阻测试仪的测量精度可以达到±1%。数据重复性可以达到(1σ)：±0.2%（动态测试） 0.02%（静态测试）。

图a--技术咨询176-5252-0563

固定溅射参数为：基底温度 200℃，靶基距 45mm，工作气压 0.3Pa，溅射时间为 20min，改变溅射功率 100、200、300W，在纯 Ar 气氛中制备 AZO 薄膜样品，记为 W1、W2、W3。电阻率与功率的关系如图  a 所示。

图b

固定溅射参数为：基底温度 400℃，靶基距 45mm，工作气压 0.3Pa，改变溅射功率 100、200、300、400W，对应的溅射时间为 25、15、12、7min，在纯 Ar 气氛中制备 AZO 薄膜样品，记为 W4、W5、W6、W7。电阻率与功率的关系如图 b所示。

 由两图比较可以发现，薄膜的电阻率随着溅射功率的增加而减小，这是因为提高溅射功率可以提高溅射原子的初始动能，同时功率的提高可以使基片的温度升高，从而溅射离子得以获得充足的能量在基底表面迁移生长，这可以有效的提高薄膜的结晶质量，而且使得 Al 原子具有足够的能量成为 Zn 原子的取代离子，从而提高了薄膜中的载流子浓度；另外，由于薄膜的结晶质量提高了，缺陷减少了，由缺陷引起的散射作用减少，提高了载流子迁移率，而且薄膜粒径随着溅射功率的增加而变大，晶粒边界减少，这减少了晶界扩散，提高了迁移率；载流子浓度和迁移率都提高了，薄膜的电阻率自然就降低了。Woon-Jo Jeong 等人[10]所做的研究也得出同样的结果。图(a)中溅射功率为 300W 时薄膜电阻率为 8.98×10-4Ω·cm，图(b) 中溅射功率为 300W 时薄膜电阻率为 2.7×10-4Ω·cm，可见相同的溅射功率下，基底温度高的薄膜具有更低的电阻率。图(b) 中最低的电阻率在 400W 的功率下得到，为 1.18×10-4 Ω·cm。

 由此我们可以得到结论，随着靶基距的增加，薄膜的电阻率呈增加趋势。

 但是功率也不是越大越好，当功率大到一定的程度时，继续增加功率，可以使溅射原子具有很高的能量，当溅射原子沉积到基底上时会破坏已经形成的薄膜，从而降低薄膜的质量；过高的功率也会增加生产成本，造成不必要的浪费。

丘山仪器四探针电阻测试仪

丘山仪器四探针测试仪精巧方便，主机尺寸仅为240 mm ∗ 160 mm ∗ 235 mm；欧姆表尺寸为：295 mm ∗ 215 mm ∗ 80 mm。丘山仪器现有全自动扫描四探针电阻测试仪和FPP150 四探针电阻测试仪多种款式供选择。