材料现代分析方法

氧化锡薄膜的银掺杂和退火处理对其结构和光学性能的影响
在室温下通过直流电磁铁溅射可在玻璃基底制得130nm厚度的ITO和Ag-ITO 薄膜。

在200-400度的温度范围内对样品进行快速退火，通过对XRD数据的研究发现：退火导致晶体的晶格常数变小。

Ag掺杂导致晶格缺陷变大。

通过分光镜椭圆公尺最优化方式得到的发射光谱可以得到所有样品的n和k。

在400度退火处理的Ag-ITO的发射光谱80%-90%在可见光波长范围内。

Ag掺杂将在UV范围内改变ITO的K值，但在可见光带内K几乎不改变。

A掺杂是ITO薄膜的n值变大。

最终的光学焦点的差异可以得到，结果显示Ag掺杂对光学焦点没有影响，退火和Ag掺杂对ITO的结构和光学性能的影响的原因在美国真空杂志上已经被讨论
1.简介
ITO薄膜是一种透明的半导体薄膜可以被用在电镀发光显示器，等离子显示器和液晶显示器。

但是在高温下的化学和热的不稳定性以及较低的表面活性能和其他的临界因素限制了起更加广泛的发展，通过大量研究发现多组分的ITO氧化物在实际应用中表现出更加卓越的性质。

通过掺杂ca Fe Ce等，ITO薄膜不仅能维持其基本的性能并且会表现出一些特殊的性能。

比如ITO-Cs薄膜会有光电效应，Fe 掺杂的ITO薄膜在室温下表现出铁磁性，功函数变小和更宽的光学焦点间隙
我们研究ITO和Ag-ITO薄膜在室温下和在200.300.400温度下快速退火后的样品的结构和光学性能的差距。

通过XRD数据我们可以估算出晶格常数的变化和晶格结构的扭曲。

通过分光镜椭圆公尺最优化得到的发射光谱我们可以得到n 和k的值，快速退火后的样品的结构和光学性能的变化我们就可以进行讨论
2.实验和最优化的方法
A.样品的制备
通过直流电磁铁溅射可在玻璃基底制得130nm厚度的Ag-ITO复合材料薄膜。

将99.99%的Ag薄片站在99.99%纯净的60mm直径的ITO陶瓷靶上在6.0*10-4Pa 的真空条件下。

将Ar气体以45 SCCM（表示在标准温度压力下每分钟的立方厘米体积）充入反应空间内，溅射压力是1Pa。

溅射电压320V溅射电流0.14A。

制的色个样品，其中三个分别在200.300.400温度下进行快速退火1小时。

在同样地沉积物条件下制的四个ITO薄膜其中三个分别在200.300.400温度下进行快速退火1小时
B.结构和光学的测量
用ESCALAB 250型XPS仪器进行测量，在室温下用XRD仪器对薄膜的透明的结构，发射光谱用300-800nm的UV光谱分光仪进行测量
最优化的方法
SE是一种普遍公认的具有搞精度的测量方法。

薄膜的光学常数n和k可以通过分析SE参数得到。

标准的SE分析系统通常依靠反射类型，需要薄膜底层有很大的反射率。

本这篇论文中，在测量之前，我们设计了一个程序将透明材料转变为理想的（不透明）材料。

然后，在最优化的实验过程中，这种分析软件可以识别有透射性靶子的数据，得到椭圆参数与透射系数的数学关系。

结果和讨论
图1（a）和1（b）是Ag—ITO薄膜分别在400时退火和不退火后得到的XPS
扫描光谱图。

在沉淀后和退火后的薄膜中主要含有C,O,In,Sn 和Ag ，这些图所显示的光谱相似。

图1（b ）我们另外也测量了薄膜在200和300时退火的光谱发现它们之间几乎没有区别。

图2是用高能分辨率XPS 得到的Ag 在退火和不退火后的薄膜中的光谱图。

由未退火处理薄膜中Ag3d
₅⁄₂（367.7ev ）和Ag3d ₃⁄₂（373.7ev ）的结合能图谱，我们知道薄膜表面的Ag 以Ag ₂O 的形式存在。

经过退火处理后，Ag3d ₅⁄₂和Ag3d ₃⁄₂的结合能都增加了0.1ev ，这表明退火并未改变薄膜表面Ag 的化学性质。

但是在薄膜内部，由于缺少游离氧原子故Ag 主要以原子簇的形式存在。

在沉淀和退火后的薄膜中Ag 原子的含量分别为1.21%和1.14%，我们也能从光谱图中观测到Ag —ITO 薄膜中一些杂质元素的峰。

图3和图4分别是ITO 和Ag —ITO 薄膜在相同条件下未退火，200,300和400退火1小时后的XRD 衍射花样。

从两个未退火薄膜的光环花样中推测出薄膜中几乎没有单晶结构，每一种退火后的薄膜都为多晶结构并且在（222）晶面出现很强的峰，在（211），（400）和（622）晶面出现强度相对较弱的峰。

相反，Ag —ITO 薄膜在几种温度退火后的峰强度都比ITO 薄膜的峰强。

但从图4中得知没有Ag 的衍射峰，这可能是由于薄膜中Ag 的含量太少，用XRD 不能检测出Ag 结晶体。

点阵常数在垂直于（211）（222）和（400）的晶面方向上，低角度衍射，相似晶粒的尺寸用公式cos k D λβθ
=计算，D 是晶粒尺寸，β是最高峰位一半处的宽度，k 是一个常数，此处值为0.89，λ是入射光波长（λ=1.54056o A ）θ是衍射角。

2dsin θ=λ
d 是晶面间距，a 是晶格点阵常数，h ，k ，l 是晶面指数。

计算结果在列表-I 中，在表-I 中样品符号2I ，3I 和4I 代表ITO 薄膜分别在200o C ，300o C ，400o C 退火，可以发现晶格常数在垂直于（211）（222）和（400）的方向上随着退火温度的上升在减小，Ag-ITO 薄膜也有一样的趋势。

晶粒的大小在垂直于每个晶面的方向上随着退火温度的增加而增加，但有意思的是掺银ITO 薄膜在相同退火温度下比ITO 薄膜有较小的晶格常数，较大的晶粒尺寸。

晶格点阵常数改变表明4Sn +取代了3In +，因为4Sn +的半径比3In +的半径小，这表明退火有助于薄膜结晶，退火能促进4Sn +取代3In +。

Ag 原子的震动也引起一些退火结果，退火和掺银都有助于薄膜表面张力的释放，导致晶粒尺寸变大，而且因为Ag +有较大的半径（0.126nm ），所以有力表明Ag +没有替代3In +，Ag 原子在ITO 点阵中按原子簇的模式分散。

数据5和数据6表明投射光谱和特有的合适结果，较高的退火温度导致ITO
和Ag-ITO（Ag的掺入减小了ITO薄膜的透明度）但是Ag-ITO薄膜在400o C时在
可见光范围内仍有80% 90%透明度，两张内部图像在数据5和数据6表明了可靠地合适结果
2.光学常数
从图7能观察到在ITO和Ag-ITO薄面在不同退火温度下extinction coefficient k 的比较。

由此可以看出,Ag-ITO薄膜比ITO薄膜在近紫外波长范围内吸收要高的多（由于Ag参杂），但是在可见光范围内几乎没有差别。

这性能的Ag - ITO薄膜可以做拦截紫外射线和可见光的涂料。

图8显示了ITO和Ag- ITO薄膜在不同的退火温度下的的折射指数n的变化。

Ag-ITO薄膜与ITO薄膜相比，显然n值要高得多，由于Ag在ITO中的集群散射。

在可见光波长范围400度退火的Ag- ITO薄膜的折射率n的平均值为4.8。

Chiou and Tsai研究抗反射涂层ITO薄膜放置在玻璃上，根据不同的溅射参数和抗反射涂层系统是由一个内层ITO折射率N =1.87和一个的外层ITO折射率N =2.17。

但两层用的是相同的材料，所以这是值得怀疑的，如果的薄膜长时间处在空气中或者高位条件下两个层n值不同。

因此Ag- ITO薄膜是高n值的抗反射涂层材料的理想替代品。

3. 光学带隙
吸收系数超过基本吸收的临界值，随着
能量的直接过渡的特有的依赖，α平方的变化如图所示，对比两条入
射光（或能量hv），ITO薄膜的一部分推到波长轴为了确定的带隙的能量。

结果表明,他们是在3.7到3.9之间，符合有关文献。

IV结论
ITO和130nm厚的Ag-ITO薄膜在室温下通过磁控溅度法堆积在玻璃基地上，经过热处理后，ITO薄膜和Ag-ITO薄膜的结构的不同可以通过X射线衍射的。

到晶格常数和平均粒径的可以通过XRD测得的热处理和Ag掺杂对ITO薄膜的影响的数据来计算。

热处理导致晶格变小，Ag掺杂是晶格发生变形。

同时，热处理和Ag掺杂醋精晶粒增长。

总之热处理和Ag差咋动能帮助+4价的Sn取代+3价In并且释放薄膜的压力。

通过比较Sn，In，Ag的离子半径可以得出ITO晶格结构中+1价的Ag离子没有取代+3价的In离子
利用分谱方法可以从透射光谱中的到所有样品的折射率n和消光系数k。

由于ITO和Ag-ITO薄膜之间的n明显不同和他们的稳定的结构。

可以用来制作抗反光涂层系统。

此外，掺杂Ag明显的增加了ITO薄膜在紫外光谱范围内的消光系数K，但在可见光范围内几乎没有发生变化，如图所示的吸收系数和入射波长可以确定ITO和AgITO薄膜的带隙。

结果显示他们在3.7ev—3.9ev之间Ag掺杂没有改变ITO薄膜的带隙。