在室溫下，利用直流磁控反應(yīng)濺射法分別在硅片和石英玻璃上制備IGZO 薄膜。通過控制濺射時氧分壓的不同，研究其制備IGZO 薄膜的微結(jié)構(gòu)、表面形貌及其元素結(jié)合能及電學(xué)與光學(xué)特性。結(jié)果表明，在不同的氧分壓下，薄膜始終保持穩(wěn)定的非晶結(jié)構(gòu)，并且在可見光區(qū)域的透光率超過80%。隨著氧分壓的增加，薄膜的表面粗糙度增加，沉積速率下降。通過X 射線光電子譜分析隨氧分壓的增大，氧空位的增加，從而引起薄膜的電阻率增大，光學(xué)禁帶寬度逐漸由3.58 減小到3.50eV。氧分壓是磁控濺射IGZO薄膜的關(guān)鍵因素。

　　近年來，大尺寸、高畫質(zhì)、高分辨率及有機和柔性顯示技術(shù)的發(fā)展，使得下一代的平板顯示技術(shù)對薄膜晶體管(TFTs) 驅(qū)動電路的性能提出了更高的要求。現(xiàn)有的以非晶硅薄膜晶體管和多晶硅的薄膜晶體管的遷移率和均勻性很難滿足上述所有需求。2004 年，Nomura 等第一次在Nature 上發(fā)表非晶氧化物薄膜晶體管即a-IGZO TFT，這種具有較高的電子遷移率、均一性好、透明度高并且低溫工藝可以實現(xiàn)的半導(dǎo)體材料，引起了廣大的國內(nèi)外研究機構(gòu)的興趣。非晶氧化銦、氧化鎵、氧化鋅( a-IGZO) 其TFTs 遷移率高、均一性好、透明、制作工藝簡單，非常適于下一代平板顯示技術(shù)的高畫質(zhì)、高分辨率及有機和柔性顯示的驅(qū)動技術(shù)。很多研究機構(gòu)通過磁控濺射、激光脈沖沉積或溶液法等工藝制備a-IGZO TFT 器件并進行了多方面的研究。磁控濺射由于具有成膜質(zhì)量高、工藝簡單且適合于大面積生長等優(yōu)點，成為最具潛力的薄膜制備技術(shù)。磁控濺射生長IGZO薄膜在國內(nèi)外文獻中有諸多報道，大多是研究TFT 特性與氧含量、濺射功率、退火等工藝參數(shù)關(guān)系，而對于IGZO 薄膜本身特性的研究報道較少。文章中采用直流磁控濺射技術(shù)，在室溫下通過改變氧分壓的工藝條件制備了IGZO 薄膜，系統(tǒng)性的分析了氧分壓對薄膜的物相結(jié)構(gòu)、表面形貌、元素結(jié)合能及電學(xué)與光學(xué)等特性的影響。

　　1、實驗

　　采用直流磁控濺射技術(shù)在室溫下分別在石英玻璃和有300 nm 熱氧化SiO2的n-Si(100) 襯底上沉積IGZO薄膜。濺射工作氣體和工藝氣體為Ar 和O2，純度為99.999%。靶材尺寸為直徑50.8 mm，厚度為3 mm，成分In2O3，Ga2O3，ZnO 摩爾比為1：1：1，純度為99.99%。濺射時的本底真空度高于10^-4 Pa，工作氣壓為0. 05 Pa，并調(diào)節(jié)氧氣分壓[O2/(Ar+ O2) ]的比例分別為0，2%，5%，8%，濺射功率為30 W。正式濺射前，首先進行15 min 的預(yù)濺射以移除靶材表面的污染，保持正式濺射時間為50 min，制備IGZO 薄膜樣品。用X 射線衍射( XRD-7000 型) 儀分析薄膜的物相結(jié)構(gòu)，原子力顯微鏡( AFM，Veeco-diInnova) 分析表面形貌及粗糙度。X 射線光電子能譜儀( XPS，KAlpha型) 分析薄膜元素的結(jié)合能變化，紫外可見光分光光度計(VU-IR，Hitachi U4100) 分析材料的光學(xué)特性，薄膜厚度由DEKTAK 6M 探針式輪廓儀測得，采用四探針測試儀(D41-11D/ZM) 分析材料的電阻率特性。

　　2、結(jié)論

　　本文采用直流反應(yīng)濺射法在不同的氧分壓條件下室溫制備IGZO薄膜。通過對IGZO薄膜的微結(jié)構(gòu)和表面形貌分析可得出，薄膜為非晶結(jié)構(gòu)，薄膜的表面錯糙度隨氧分壓的增加而增大，當(dāng)氧分壓為8%時，最大RMS 為0.305 nm。氧分壓影響了薄膜中氧元素的結(jié)合能的變化，當(dāng)氧分壓增加時，O1s 結(jié)合能降低，薄膜中氧空位減少，從而引起載流子濃度降低，薄膜的導(dǎo)電特性減弱，電阻率增加，并且光學(xué)帶隙受到影響而減小。但薄膜在可見光區(qū)域內(nèi)的透光率均超過80%�？梢缘贸�，在較低的氧分壓下，可以獲得導(dǎo)電性能良好的高質(zhì)量的透明的IGZO 薄膜。