透明导电IZO薄膜

功函数高，用于OLED
4.7 eV
5.0 eV
IZO能够减小阳极空穴势垒，提高空穴注入效率
透明导电IZO薄膜
Han-Ki Kim，Surface & Coatings Technology 203 (2008) 652–656
IZO为阳极的OLED开启电压低，发光亮度高
报告内容
波 长 (nm)
IZO薄膜在可见光范围内的透射率随温度的变化关系
温度 （℃） 透射率 （%）
RT 80.7
100 82.1
200 83.2
300 84.9
400 87.0
IZO （10 wt.%）薄膜的禁带宽度
16
(ah)2 (1010 cm -2 eV2)
14 12 10 8 6 4 2 0 1.0 1.5
IZO透明导电氧化物材料 的研究
报告内容
1 3 2
研 究 意 义 实 验 方 法 实 验 成 果 课 题 总 结
3 4
透明导电IZO薄膜
目前，透明导电二元氧化物 IZO薄膜 作为ITO的替代物，正得到越来越广泛 的关注。
透明导电IZO薄膜 与ITO相比：

组分可调：多重物理化学特性。
低温制备：塑性好，高迁移率。 功函数高：可用于OLED。
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研 究 意 义 实 验 方 法 实 验 成 果 课 题 总 结
3 4
国际上关于IZO薄膜的研究
磁控溅射
脉冲激光沉积（PLD）
化学气相沉积（CVD）
溶胶—凝胶沉积
喷雾热分解
全新的制备方法：脉冲等离子体沉积法（PPD）
创新点
高能电子束
瞬间烧蚀
粒子能量大 化学计量比一致
脉冲等离子体镀膜设备原理图
O2
2.2 Pa 室温~350 ℃ -19 kV 3.0 mA 2.0 Hz 60 min.
IZO薄膜(In2O3:ZnO=1:3)的光电性能
60
电阻率 (10-3Ω cm)
40 30 20 10 0 50 100 150 200 250 300
透射率 （%）
50
温 度 (℃)
波 长 (nm)
电阻率： 1.63×10-3 Ω·cm
20
10
沉积时间 (min.)
IZO薄膜的电阻率、载流子浓度和载流子迁移率1)
电阻率 (10-4· cm)
载流子浓度 载流子迁移率 电阻率
IZO （10 wt.%）薄膜电学性能随温度的变化关系
7.5
载流子浓度
40
电阻率
电阻率 (10-4· cm)
2.2 Pa
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
h (eV)
(αh)2 -h 曲线图以及IZO薄膜的禁带宽度拟合直线
IZO薄膜的禁带宽度：3.6 eV
与国际研究水平对比
电阻率 可见光 （Ω· cm） 透射率
5.09×10-4 5.96×10-4 7.97×10-4 6.56×10-4 83% 80% 77% 80%
2.8 83.9
3.0 85.6
IZO （10 wt.%）薄膜光学性能随厚度的变化关系
100 80
透射率 (%)
60 40 20 0 300
251 nm 324 nm 460 nm 582 nm 703 nm
400
500
600
700
800
900
波 长 (nm)
IZO薄膜在可见光范围内的透射率随厚度的变化关系
载流子浓度 (1020 cm-3)
7.0 6.5 6.0
载流子迁移率
3.6 35
3.4
3.2 5.5 5.0 0 100 200 300 400 3.0
30
25
温 度 (℃)
IZO薄膜的电阻率、载流子浓度和载流子迁移率随温度的变化关系
载流子迁移率 (cm2V-1s-1)
IZO （10 wt.%）薄膜光学性能随氧压的变化关系
IZO薄膜
10 wt. % ZnO
载流子 浓度 （cm-3）
4.80×1020 2.02×1020 1.50×1020 2.79×1020
迁移率 温度 （cm2/V· s） （℃）
25.0 51.9 52.1 32.1 RT RT RT RT
制备 方法
DCMS DCMS RFMS PPD
年份
2003 2005 2008 2010
工作气体
工作压强 基板温度 工作电压
O2
2.2 ~ 3.2 Pa 室温 -19 kV
工作电流 脉冲频率 沉积时间
3.0 mA ~ 2.0 Hz 20~60 min.
IZO（10 wt.%）薄膜结晶性随温度变化关系
222 400
强度 (arb. units.)
400℃ 300℃ 200℃ 100℃ RT
可见光区平均透射率：>80%
与国际研究水平对比
IZO薄膜
In2Zn3O6 In2Zn3O6 In2Zn3O6
电阻率 （Ω· cm）
1.00×10-3 6.67×10-4 1.63×10-3
可见光 透射率
80-85% 90% 86%
载流子 浓度 （cm-3）
4.00×1020 3.40×1020 1.47×1020
载流子迁移率 (cm2V-1s-1)
载流子浓度 (1020 cm-3)
电阻率 (10-4· cm)
载流子浓度 载流子迁移率 电阻率
4
IZO （10 wt.%）薄膜电学性能随厚度的变化关系
14 50
12
载流子浓度 (1020 cm-3)
3.0
40
10
2.5
30
8 2.0 6 20 30 40 50 60
JCPDS#060416 In O
2
622
3
JCPDS#800075 ZnO
20
30
40
50
60
70
2θ (degree)
成分比为国际上主流的三种IZO ：富In，In-Zn相当，富Zn
PPD制备IZO薄膜(In2O3:ZnO=1:3)
PPD制备IZO薄膜的工艺条件
工作气体
工作压强 基板温度 工作电压 工作电流 脉冲频率 沉积时间
迁移率 温度 （cm2/V· s） （℃）
20.0 27.0 26.1 500 500 350
制备 方法
PLD PLD PPD
年份
1999 2000 2010
电学性能不理想，转为研究富In含量的IZO薄膜（10 wt.% ZnO）
PPD制备IZO薄膜(10 wt.%)
PPD制备IZO薄膜的工艺条件
100 80
透射率 (%)
60 40 20 0 300
3.0 Pa 2.8 Pa 2.6 Pa 2.4 Pa 2.2 Pa
400
500
600
700
800
900
波 长 (nm)
IZO薄膜在可见光范围内的透射率随氧压的变化关系
氧压 （Pa） 透射率 （%）
2.2 80.7
2.4 80.9
2.6 83.7
厚度 （nm） 透射率 （%）
251 91.2
324 88.8
460 88.6
582 85.4
703 80.7
IZO （10 wt.%）薄膜光学性能随温度的变化关系
100 80
透射率 (%)
60 40 20 0 300
400℃ 300℃ 200℃ 100℃ RT
400
500
600
700
800
900
20
30
40
50
60
70
2θ (degree)
不同衬底温度下沉积的IZO薄膜的XRD谱图
IZO （10 wt.%）薄膜电学性能随氧压的变化关系
80 50
60 40 20 0 2.2
3 2 1 0
40
30
20
10
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
氧 压 (Pa)
IZO薄膜的电阻率、载流子浓度和载流子迁移率随氧压的变化关系
2、IZO薄膜在有机光电器件领域有较好的应用前景
谢谢！
10 wt. % ZnO 10 wt. % ZnO 10 wt. % ZnO
与国际水平基本持平
报告内容
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研 究 意 义 实 验 方 法 实 验 成 果 课 题总 结
3 4
课题总结
1
靶材
烧结工艺 成分变化
2
薄膜
制备工艺 晶格结构
结晶性能
光电性能
1、电阻率 6.56×10−4 Ω·cm，可见光透射率>80%性能优良的薄膜
按成分配比 In2O3:ZnO 将粉末混均匀
干压成形
大气氛围 温度：1000 ℃ 时间：10 h
IZO靶材的结构
222 211 400 440
强度 (arb. units.)
10 wt.% ZnO
In2O3:ZnO（1:3） （47 wt.% ZnO） In2O3:ZnO（1:5） （60 wt.% ZnO）
PPD的特点
制备方法 成分与靶材一致性 化学度纯 沉积速率可变性 靶材可变性
PPD PLD CVD Sputtering 好 好 好 好 好 好 差 差 好 差 差 很差 差 好 好 好
报告内容
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研 究 意 义 实 验 方 法 实 验 成 果 课 题 总 结
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IZO靶材的制备
普通研钵 粉末压片机 管式电阻炉