《Applied Surface Science》：對在柔性基材上溶液沉積法製備的氧化銦薄膜進行快速光子固化

背景：

In₂O₃是最重要的半導體金屬氧化物之一
，主要是因為它具有寬帶隙、高電子遷移率和加工通用性。為此

，可以使用可擴展且廉價的基於溶液的沉積方法來製備高質量的In₂O₃薄膜，從而使其在許多新興電子應用中具有吸引力。然ran而er，傳chuan統tong的de溶rong液ye處chu理li通tong常chang需xu要yao高gao溫wen和he漫man長chang的de退tui火huo步bu驟zhou，這zhe使shi得de它ta不bu可ke能neng與yu溫wen度du敏min感gan的de塑su料liao基ji板ban結jie合he使shi用yong
，而er這zhe將jiang是shi許xu多duo新xin興xing柔rou性xing器qi件jian應ying用yong所suo需xu要yao的de。zaizheli，tansuokuaisuguangziguhuazuoweiretuihuodetidaifangfa。yanghuawubomozaiyixiliechendishangchenggongzhibei，baokuoboli，juxianyaanhejunaierjiasuanyierchunzhi。tongguoyuanzilixianweijinghex射線光電子能譜研究了襯底和後處理對形貌、表麵化學和電子性能的影響。確定了係統趨勢，特別是前驅體的轉化程度及其對電子結構的影響。

文獻介紹：

後過渡金屬氧化物薄膜由於其優異的載流子遷移率和光學透明性，在電子和光學領域有著廣泛的應用。特別是，In₂O₃及其與其他過渡後金屬(包括Sn、Zn
、Ga和Tl)的組合受到了極大的關注。這些材料的薄膜已經通過各種方法製備，包括濺射、原子層沉積
、電沉積
、燃ran燒shao和he基ji於yu溶rong液ye的de方fang法fa。金jin屬shu氧yang化hua物wu適shi合he溶rong液ye加jia工gong，因yin為wei可ke以yi製zhi備bei一yi係xi列lie相xiang對dui簡jian單dan的de前qian驅qu體ti，利li用yong這zhe些xie沉chen積ji方fang法fa的de優you點dian
，包bao括kuo低di成cheng本ben和he大da規gui模mo塗tu層ceng。然ran而er
，絕jue大da多duo數shu的de溶rong液ye方fang法fa依yi賴lai於yu溫wen度du通tong常chang高gao於yu200ºCderetuihuo，chixuyigexiaoshihuogengchangshijian
，jiangjinshuqianqutizhuanhuaweisuoxudebandaotibomo。zheyichenjihoutuihuobuzhouduiyuqidongyurongjiejinshulizijiehedepeitidejielihefeijing M-O-M 網絡的形成/重組是必要的。獲得高質量氧化薄膜所需的高溫阻礙了該技術在聚合物襯底上的實施
，從而限製了其在柔性電子器件製造中的潛在應用。

人們已經研究了光子固化作為傳統熱退火技術在金屬氧化物薄膜製造中的替代方案。該gai技ji術shu利li用yong激ji光guang或huo閃shan光guang燈deng，產chan生sheng高gao能neng量liang的de光guang脈mai衝chong
，然ran後hou被bei沉chen積ji在zai氧yang化hua層ceng下xia麵mian的de基ji板ban上shang的de薄bo金jin屬shu化hua層ceng吸xi收shou。這zhe個ge金jin屬shu層ceng將jiang吸xi收shou的de光guang子zi轉zhuan化hua為wei晶jing格ge聲sheng子zi，從cong而er轉zhuan化hua為wei熱re能neng，在zai襯chen底di頂ding部bu引yin起qi短duan暫zan的de熱re爆bao發fa，引yin發fa前qian驅qu體ti轉zhuan化hua為wei熱re穩wen定ding的de金jin屬shu氧yang化hua物wu。這zhe些xie脈mai衝chong和he整zheng個ge過guo程cheng的de極ji短duan性xing質zhi顯xian著zhu降jiang低di了le襯chen底di上shang的de熱re負fu荷he，同tong時shi也ye縮suo短duan了le整zheng體ti製zhi造zao時shi間jian。一yi些xie出chu版ban物wu已yi經jing展zhan示shi了le使shi用yong這zhe種zhong技ji術shu的de有you希xi望wang的de結jie果guo，玻bo璃li和he矽gui襯chen底di上shang的de晶jing體ti管guan性xing能neng達da到dao了le與yu熱re退tui火huo器qi件jian相xiang當dang的de值zhi。然ran而er
，關guan於yu在zai柔rou性xing塑su料liao基ji板ban上shang使shi用yong該gai技ji術shu的de研yan究jiu很hen少shao，這zhe促cu使shi了le該gai領ling域yu的de進jin一yi步bu研yan究jiu。以yi這zhe種zhong方fang式shi製zhi造zao柔rou性xing器qi件jian有you很hen強qiang的de動dong力li
，因yin為wei它ta為wei替ti代dai製zhi造zao可ke能neng性xing開kai辟pi了le道dao路lu，例li如ru卷juan對dui卷juan製zhi造zao
，以yi更geng低di的de成cheng本ben和he高gao吞tun吐tu量liang挑tiao戰zhan傳chuan統tong的de基ji於yu晶jing圓yuan的de技ji術shu。此ci外wai
，這zhe些xie薄bo而er輕qing的de材cai料liao的de可ke彎wan曲qu性xing和he可ke折zhe疊die性xing可ke以yi擺bai脫tuo外wai形xing因yin素su的de限xian製zhi，這zhe可ke能neng為wei消xiao費fei電dian子zi產chan品pin中zhong全quan新xin的de設she備bei和he應ying用yong鋪pu平ping道dao路lu。

yongyuguangziguhuadeguangziyoudaozhuanhuanguochengbenzhishangshijianjiede。laiziduanguangbaofaderusheguangzibeixiamiandejinshuhuacengxishou

，jinshuhuacengsuihouwendushenggao，youdaoshangmiandeqianquticengfashengzhuanhuan。jinshuneibuwenduyanbiandechengduqujueyujizhongyucailiaoxiangguandexingzhi


，ruxianshanguangmaichongkuanguangpufanweineideguangxuexishou、導熱係數、比熱容、jubianhanhuoqihuahan。kaolvdaosuoyouzhexiecanshu
，geidingshanguangnengliangdejinshubiaomianshangdeyuqizuigaowendukenengyinjinshueryi。zaizuozhezuijinshiyongshuzhijisuandeyixiangyanjiuzhong
，faxianPt,Ti或Cr等金屬在氙閃光處理期間比Al或Au產chan生sheng更geng高gao的de溫wen度du，因yin為wei它ta們men具ju有you更geng有you利li的de材cai料liao特te性xing，使shi得de它ta們men更geng適shi合he光guang子zi固gu化hua過guo程cheng中zhong所suo需xu金jin屬shu化hua層ceng的de候hou選xuan材cai料liao。當dang使shi用yong鉻ge基ji層ceng時shi，使shi用yong這zhe些xie材cai料liao中zhong的de每mei一yi種zhong進jin行xing測ce試shi都dou產chan生sheng了le最zui佳jia結jie果guo，然ran後hou將jiang其qi作zuo為wei進jin一yi步bu測ce試shi的de標biao準zhun。

在這裏
，我們描述了由In(NO)₃前驅體在三種不同的襯底上沉積的高質量In₂O₃層
，包括硼矽酸鹽玻璃
，聚酰亞胺(PI)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)
，並研究了它們的表麵形貌和電子性能。將經典熱退火製備的薄膜與經過不同次數
、持續時間為1.6ms 的光學閃光處理的In₂O₃層進行了比較。所得薄膜的表麵使用原子力顯微鏡(AFM)和X射線光電子能譜(XPS)進行表征。這使得探索襯底和後處理步驟對通過在環境空氣中光子燒結生長的這種技術上重要的金屬氧化物半導體的形貌、biaomianhuaxuehedianzijiegoudeyingxiangchengweikeneng。zhelitichudejieguobiaoming



，zhezhongbomohehechengluxianxiugaiyinqidexingzhifashenglezhongdabianhua，zhengmingleguangziguhuazairouxingqijianzhizaofangmiandeqianli。

文獻中光子燒結部分：

在仔細選擇三種襯底並根據這些初始宏觀觀察優化光子固化參數後
，可以在沒有任何開裂或分層的情況下製造In₂O₃薄膜。一旦實現了這一點
，薄膜的表麵形態是用AFM 研究。圖1顯示了Cr和In₂O₃沉積在所有襯底上和經過不同處理步驟後的AFM圖像。圖2給出了所得到的均方根(RMS)粗糙度以及每個襯底材料上薄膜的高度分布的概述。鉻層的AFM 結果已表明在氧化薄膜下的襯底質量。如圖2suoshi，gaigecengdecucaoduzailiangzhongjuhewujibanshangshixiangdangde，erzaibolishanglvegao。raner，zhezhongchayibuhuizaijinyibudegongyibuzhouzhongbaoliu
，bingqiezaichushichenjiheIn₂O₃的低溫烘烤後，所有樣品的粗糙度都增加到相似的值。在接下來的退火步驟中，由於形貌和M-O-M網絡形成的變化，樣品通常表現出表麵粗糙度的降低。然而
，在熱退火的PEN/PI樣品中沒有顯示出這種趨勢，在退火步驟後發現粗糙度增加，如圖1和2(a)和(d)所示。這可以歸因於熱處理非常接近 PEN 基板的加工上限，這可能會影響尺寸穩定性，從而也會影響形貌。另外
，光子固化被證明可以成功地降低所有樣品的表麵粗糙度，20次和40次閃光顯示的 RMS 粗糙度值甚至低於熱退火樣品。這種扁平化效應也顯示在圖2的高度分布圖中

，與烘烤和熱處理的薄膜相比
，所有光子固化的In₂O₃的峰值更尖銳，寬度更小
，高度分布向更低的值移動。在PEN/PI上發現熱退火膜的粗糙度明顯高於沉積時的粗糙度。經過40次閃光後，所有薄膜的粗糙度都特別低
，為0.7nm或以下。這對於器件應用特別重要，因為高表麵粗糙度值會對器件性能產生不利影響。

圖1：經過不同處理步驟後沉積在玻璃
、PI和PEN/PI上的Cr層和In2O3薄膜的AFM 圖像(1x1μm2)。所有圖像均包含均方根(RMS)粗糙度值。

圖2：對不同處理步驟後沉積在玻璃、PI和PEN/PI上的Cr層和In2O3薄膜的AFM 測量結果進行分析

，包括(a) 均方根粗糙度和(b)-(d)高度分布。

結論：

這項工作展示了在三種不同的襯底上沉積In₂O₃bomodechenggongzhizao
，baokuoliangzhongrouxingdebojuhewu。huanchongcengdeshiyongbeizhengmingkeyichenggongdijianshaojinshucengshangdeyingbian，congeryunxushiyongyujuxianyaanxiangbinairexinggengdidejuhewu。光子固化被用作熱退火的替代方法
，具有優異的表麵粗糙度和前驅體轉化率。通過 XPS fenxi，xianshilebomodebiaomianhuaxuehedianzijiegouzhijiandezhijieguanxi，zhefanguolaiyoukeyiyugongyitiaojianxiangguanlian。suotichudegongzuoqingchudixianshilebiaomianxingmaohehuaxuezhijiandeguanxiyijiduiIn₂O₃光電器件應用至關重要的光子加工參數。

引用：