eng
Выпуск #6/2024
А.Х.Абдуев, А.К.Ахмедов, Э.К.Мурлиев, А.Ш.Асваров
CТАБИЛЬНОСТЬ СВОЙСТВ И МЕХАНИЗМЫ ДЕГРАДАЦИИ МНОГОСЛОЙНЫХ ПРОЗРАЧНЫХ ПРОВОДЯЩИХ СТРУКТУР В УСЛОВИЯХ ТЕСТА "ВЛАЖНОЕ ТЕПЛО"
CТАБИЛЬНОСТЬ СВОЙСТВ И МЕХАНИЗМЫ ДЕГРАДАЦИИ МНОГОСЛОЙНЫХ ПРОЗРАЧНЫХ ПРОВОДЯЩИХ СТРУКТУР В УСЛОВИЯХ ТЕСТА "ВЛАЖНОЕ ТЕПЛО"
Просмотры: 812
Получено: 30.07.2024 г. | Принято: 12.08.2024 г. | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2024.17.6.338.344
Научная статья
Cтабильность свойств и механизмы деградации многослойных прозрачных проводящих структур в условиях теста "Влажное тепло"
А.Х.Абдуев1, к.ф.м.н., доц., ORCID: 0000-0002-3948-1206 / a_abduev@mail.ru
А.К.Ахмедов2, к.ф.м.н., вед. науч. сотр., ORCID: 0000-0002-9466-9842
Э.К.Мурлиев2, мл. науч. сотр., ORCID: 0009-0009-7742-8527
А.Ш.Асваров2, к.ф.м.н., ст. науч. сотр., ORCID: 0000-0001-6426-5006
Аннотация. Исследована стабильность поверхностного сопротивления и оптического пропускания трехслойных структур ITO/Ag/ITO, GZO/Al/GZO, а также тонкопленочной периодической структуры IZO
с модулированным по толщине содержанием кислорода при 1000-часовых испытаниях в условиях влажности 85% и температуры 85 °С. Проведен анализ механизмов деградации структур в зависимости от состава и свойств единичных слоев.
Ключевые слова: гибкая прозрачная электроника, прозрачные электроды, структуры "оксид/металл/оксид", тестирование "влажное тепло"
Для цитирования: А.Х. Абдуев, А.К. Ахмедов, Э.К. Мурлиев, А.Ш. Асваров. Стабильность свойств и механизмы деградации многослойных прозрачных проводящих структур в условиях теста "влажное тепло". НАНОИНДУСТРИЯ. 2024. Т. 17. № 6. С. 338–344. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2024.17.6.338.344.
Received: 30.07.2024 | Accepted: 12.08.2024 | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2024.17.6.338.344
Original paper
STABILITY OF PROPERTIES AND DEGRADATION MECHANISMS OF MULTILAYER TRANSPARENT CONDUCTIVE STRUCTURES during their "DAMP HEAT" testing
A.K.Abduev1, Cand. of Sci. (Physics and Mathematics), Docent, ORCID: 0000-0002-3948-1206 / a_abduev@mail.ru
A.K.Akhmedov2, Cand. of Sci. (Physics and Mathematics), Leading Researcher, ORCID: 0000-0002-9466-9842
E.K.Murliev2, Junior Researcher, ORCID: 0009-0009-7742-8527
A.S.Asvarov2, Cand. of Sci. (Physics and Mathematics), Leading Researcher, ORCID: 0000-0001-6426-5006
Abstract. The sheet resistance stability and optical transparence of three-layer structures ITO/Ag/ITO, GZO/Al/GZO, as well as thin-film periodic structure IZO with thickness-modulated oxygen content was studied during 1000-hour tests under conditions of 85% humidity and 85 °C temperature. The analysis of the degradation mechanisms of the structures depending on composition and properties of individual layers was performed.
Keywords: flexible transparent electronics, transparent electrodes, "oxide/metal/oxide" structures, damp heat testing
For citation: A.K. Abduev, A.K. Akhmedov, E.K. Murliev, A.S.Asvarov. Stability of properties and degradation mechanisms of multilayer transparent conductive structures during their "damp heat" testing. NANOINDUSTRY. 2024. Vol. 17. No. 6. PP. 338–344. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2024.17.6.338.344.
ВВЕДЕНИЕ
Прозрачные проводящие слои на основе широкозонных оксидных материалов, характеризующиеся высокой электропроводностью и высоким оптическим пропусканием в видимом диапазоне спектра получили широкое распространение при формировании прозрачных электродов в различных оптоэлектронных приложениях [1–3]. Однако новые более жесткие требования, предъявляемые к функциональным характеристикам слоев, стоимости и экологичности материалов и технологий, используемых в интенсивно развивающейся индустрии гибкой прозрачной электроники, активизировали исследования, направленные на поиск новых перспективных материалов и технологических решений по различным направлениям [4, 5]. В процессе разработки прозрачных электродов для гибких устройств был пройден большой путь от использования однородных оксидных слоев [6] до трехслойных структур типа "оксид/металл/оксид" [7] и, наконец, к поиску новых архитектур на основе сверхрешеток и структур с модулированным легированием [8].
Трехслойные структуры ITO/Ag/ITO, осажденные на полимерных носителях без принудительного нагрева, получили широкое распространение благодаря высокой проводимости при относительно малой толщине, определяющей минимальный радиус изгиба, что весьма критично для устройств гибкой электроники [9, 10]. В то же время перспективность использования в качестве прозрачных электродов многослойных периодических структур и структур с модулированным легированием видится в возможности снижения рассеяния на ионах примеси [11].
Коммерциализация новых разработок в области функциональных слоев прозрачной электроники требует проведения всестороннего тестирования стабильности их характеристик по установленным стандартам. Одним из важнейших тестов в индустрии функциональных слоев прозрачной электроники является так называемый тест "влажное тепло" (damp heat test), предполагающий 1000-часовые испытания при температуре 85 °C и относительной влажности 85%. Такие испытания позволяют установить факторы, влияющие на стабильность характеристик слоев, механизмы их деградации, а также, на основе полученных данных, выработать рекомендации по их защите.
В настоящей работе проведены сравнительные исследования стабильности поверхностного сопротивления и оптического пропускания трехслойных структур ITO/Ag/ITO, GZO/Al/GZO, а также тонкопленочной периодической структуры IZO (In2O3 + ZnO (10 вес. %)) с модулированным по толщине содержанием кислорода при 1000-часовых испытаниях при температуре 85 °C и относительной влажности 85%. Проведен анализ механизмов деградации структур в зависимости от состава и свойств единичных слоев.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Все тестируемые тонкопленочные структуры были осаждены на стеклянных и кремниевых подложках методом высокочастотного магнетронного распыления мишеней соответствующего состава на установке барабанного типа, оснащенной двумя диаметрально расположенными распылительными магнетронами. Трехслойные структуры ITO/Ag/ITO и GZO/Al/GZO были получены путем последовательного низкотемпературного (Т≤ 50 °C) осаждения слоев в атмосфере чистого (99.999%) аргона. Тонкопленочные периодические структуры высокой проводимости с модулированным содержанием кислорода IZO были получены по методике, приведенной в [12].
Блок-схема стенда для проведения 1000-часового теста "влажное тепло" при температуре 85 °C и относительной влажности 85% приведена в [13].
Для измерения поверхностного сопротивления проводящих структур был использован ИУС-3 (Россия). Данные просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) по толщине, микроструктуре и составу синтезированных структур были получены с помощью электронного микроскопа TEM Tecnai Osiris FEI (США). Данные по оптическому пропусканию образцов были получены с помощью спектрофотометра UV-3600 Shimadzu (Япония).
РЕЗУЛЬТАТЫ
На рис.1 приведена фотография внешнего вида тестируемых структур до и после тестирования. Видно, что периодическая структура IZO не демонстрирует видимых изменений, в то время как на остальных структурах явно видны следы деградации, преимущественно по краям образцов.
В табл.1 приведены данные по изменению поверхностного сопротивления и оптического пропускания исследуемых тонкопленочных структур в процессе 1000-часового тестирования. Минимальное увеличение поверхностного сопротивления (4.26%) наблюдается в периодической структуре IZO с модулированным содержанием кислорода по толщине, при этом оптическое пропускание в ней остается практически неизменным. В то же время рост сопротивления в трехслойных структурах ITO/Ag/ITO и GZO/Al/GZO существенно выше и составляет 33 и 22% соответственно.
На рис.2 приведены сравнительные ПЭМ-микрофотографии исходных структур и карты распределения кислорода в них до начала тестирования. Видно, что оксидные слои в трехслойных структурах имеют сходную блочную морфологию, при этом металлические слои имеют существенные различия. Слой Ag (рис.2a) демонстрирует более четкие границы интерфейсов с оксидными слоями и более полную коалесценцию зародышей с формированием сплошного слоя по отношению к слою Al (рис.2b). При этом слой металлического алюминия (рис.2b1), в отличие от слоя серебра (рис.2a1), содержит значительное количество кислорода не только в области интерфейсов, но и в объеме слоя.
Поперечный срез исходного образца IZO с модулированным по толщине содержанием кислорода имеет плотную однородную структуру (рис.2c). При этом интегральное распределение кислорода в структуре также достаточно однородно (рис.2c1). Амплитуда модуляции кислорода в исходной структуре составляла около 0.4%, а ее шаг – около 6 нм. Оба этих параметра находятся за порогом разрешения использованного метода энергодисперсионного микроанализа, поэтому на соответствующей карте (рис.2c1) мы можем наблюдать только интегральное распределение.
ОБСУЖДЕНИЕ
Совместный анализ полученных результатов позволяет предположить следующие механизмы деградации структур.
В трехслойных структурах ITO/Ag/ITO диффузия кислорода и паров воды происходит преимущественно по интерфейсам метал-оксид, при этом происходит частичное расслоение структуры, снижающее ее оптическое пропускание и ускоряющее ее дальнейшую деградацию и разрушение. Потемнение краевых областей структуры может также быть связано и с поступлением из атмосферы в межслоевую область паров сернистых соединений с последующим формированием в области интерфейсов пленки сульфида серебра.
В структурах GZO/Al/GZO исходный слой алюминия уже частично окислен по границам зерен и в области межслоевых интерфейсов, поэтому сопротивление исходной структуры GZO/Al/GZO существенно выше сопротивления структуры ITO/Ag/ITO. Мы полагаем, что в виду высокой химической активности алюминия его окисление в процессе формирования трехслойной структуры происходит в нескольких процессах: окисление в газовой фазе остаточным кислородом в камере, окисление с поверхности кислородом распыляемой мишени GZO при осаждении верхнего оксидного слоя и окисление на интерфейсах вследствие взаимодействия с прилегающими оксидными слоями. Наличие оксидного слоя на границах зерен алюминия снижает их электрическую перколяцию, препятствуя возбуждению на границах металл-оксид плоских поверхностных плазмонов и, как следствие, уменьшает оптическое пропускание структуры [14]. В то же время плотный оксидный слой на границах зерен алюминия в процессе тестовых испытаний препятствует дальнейшей диффузии кислорода и паров воды, замедляя процесс деградации структуры.
Тонкопленочная периодическая структура IZO с модулированным по толщине содержанием кислорода показала лучшую стабильность поверхностного сопротивления и оптического пропускания. Эффект модуляции кислорода в данной структуре составляет около 13% [12]. Относительный рост сопротивления после 1000-часового тестирования составил около 4%, что свидетельствует о высокой стабильности модулированного состояния кислорода. Мы полагаем, что высокая плотность и однородность периодической структуры IZO препятствуют быстрой диффузии атмосферного кислорода и паров воды по порам и границам зерен, а основным механизмом диффузии кислорода в структуре в условиях данного теста остается значительно более медленный вакансионный механизм.
ВЫВОДЫ
Проведенные исследования показали, что механизм деградации многослойной структуры зависит от ряда факторов: микроструктуры, плотности и химической стойкости единичных слоев, взаимной адгезии прилегающих слоев и различия их температурных коэффициентов расширения, структуры межслоевых интерфейсов.
ИНФОРМАЦИЯ О РЕЦЕНЗИРОВАНИИ
Редакция благодарит анонимного рецензента (рецензентов) за их вклад в рецензирование этой работы, а также за размещение статей на сайте журнала и передачу их в электронном виде в НЭБ eLIBRARY.RU.
Декларация о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в данной статье.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Stadler A. Transparent conducting oxides—an up-to-date overview // Materials. 2012. Vol. 5. P. 661.
Liu H., Avrutin V., Izyumskaya N., Özgür Ü., Morkoç H. Transparent conducting oxides for electrode applications in light emitting and absorbing devices // Superlattices Microst., 2010. Vol. 48. P. 458.
Calnan S., Tiwari A.N. High mobility transparent conducting oxides for thin film solar cells // Thin Solid Films. 2010. Vol. 518. P. 1839.
Hamers R.J. Flexible electronic futures // Nature. 2001. Vol. 412. P. 489.
Liu Y., Pharr M., Salvatore G.A. Lab-on-skin: a review of flexible and stretchable electronics for wearable health monitoring // ACS Nano. 2017. Vol. 11. P. 9614.
Minami T. New n-Type Transparent Conducting Oxides // MRS Bulletin. 2000. Vol. 25. P. 38.
Afre R.A., Sharma N., Sharon M., Sharon M. Transparent conducting oxide films for various applications: A review // Rev.Adv.Mater. Sci., 2018. Vol. 53. P. 79.
Morales-Masis M., De Wolf S., Woods-Robinson R., Ager J.W., Ballif C. Transparent Electrodes for Efficient Optoelectronics // Adv. Electron. Mater., 2017. Vol. 3. P. 1600529.
Sibin K.P., Srinivas G., Shashikala H.D., Arjun D., Sridhara N., Sharma A.K., Barshilia H.C. Highly transparent and conducting ITO/Ag/ITO multilayer thin films on FEP substrates for flexible electronics applications // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2017. Vol. 172. P. 277.
Rozati S.M., Ziabari S.A.M. A review of various single layer, bilayer, and multilayer TCO materials and their applications // Materials chemistry and physics. 2022. Vol. 292. P. 126789.
Robbins J.J., Wolden C.A. High mobility oxides: Engineered structures to overcome intrinsic performance limitations of transparent conducting oxides // Applied Physics Letters. 2003. Vol. 83. P. 3933.
Akhmedov A.K., Abduev A.K., Murliev E.K., Belyaev V.V., Asvarov A.S. Transparent Conducting Amorphous IZO Thin Films: An Approach to Improve the Transparent Electrode Quality // Materials. 2023. Vol. 16. P. 3740.
Ахмедов А.К. Структура и свойства прозрачных проводящих слоев на основе оксида цинка полученных методом магнетронного распыления нестехиометричных мишеней. Дисс. к.ф.-м.н., 2016. 01.04.07. C. 93.
Jeong J., Kim H. Low resistance and highly transparent ITO–Ag–ITO multilayer electrode using surface plasmon resonance of Ag layer for bulk-heterojunction organic solar cells // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2009. Vol. 93. P. 1801.
Научная статья
Cтабильность свойств и механизмы деградации многослойных прозрачных проводящих структур в условиях теста "Влажное тепло"
А.Х.Абдуев1, к.ф.м.н., доц., ORCID: 0000-0002-3948-1206 / a_abduev@mail.ru
А.К.Ахмедов2, к.ф.м.н., вед. науч. сотр., ORCID: 0000-0002-9466-9842
Э.К.Мурлиев2, мл. науч. сотр., ORCID: 0009-0009-7742-8527
А.Ш.Асваров2, к.ф.м.н., ст. науч. сотр., ORCID: 0000-0001-6426-5006
Аннотация. Исследована стабильность поверхностного сопротивления и оптического пропускания трехслойных структур ITO/Ag/ITO, GZO/Al/GZO, а также тонкопленочной периодической структуры IZO
с модулированным по толщине содержанием кислорода при 1000-часовых испытаниях в условиях влажности 85% и температуры 85 °С. Проведен анализ механизмов деградации структур в зависимости от состава и свойств единичных слоев.
Ключевые слова: гибкая прозрачная электроника, прозрачные электроды, структуры "оксид/металл/оксид", тестирование "влажное тепло"
Для цитирования: А.Х. Абдуев, А.К. Ахмедов, Э.К. Мурлиев, А.Ш. Асваров. Стабильность свойств и механизмы деградации многослойных прозрачных проводящих структур в условиях теста "влажное тепло". НАНОИНДУСТРИЯ. 2024. Т. 17. № 6. С. 338–344. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2024.17.6.338.344.
Received: 30.07.2024 | Accepted: 12.08.2024 | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2024.17.6.338.344
Original paper
STABILITY OF PROPERTIES AND DEGRADATION MECHANISMS OF MULTILAYER TRANSPARENT CONDUCTIVE STRUCTURES during their "DAMP HEAT" testing
A.K.Abduev1, Cand. of Sci. (Physics and Mathematics), Docent, ORCID: 0000-0002-3948-1206 / a_abduev@mail.ru
A.K.Akhmedov2, Cand. of Sci. (Physics and Mathematics), Leading Researcher, ORCID: 0000-0002-9466-9842
E.K.Murliev2, Junior Researcher, ORCID: 0009-0009-7742-8527
A.S.Asvarov2, Cand. of Sci. (Physics and Mathematics), Leading Researcher, ORCID: 0000-0001-6426-5006
Abstract. The sheet resistance stability and optical transparence of three-layer structures ITO/Ag/ITO, GZO/Al/GZO, as well as thin-film periodic structure IZO with thickness-modulated oxygen content was studied during 1000-hour tests under conditions of 85% humidity and 85 °C temperature. The analysis of the degradation mechanisms of the structures depending on composition and properties of individual layers was performed.
Keywords: flexible transparent electronics, transparent electrodes, "oxide/metal/oxide" structures, damp heat testing
For citation: A.K. Abduev, A.K. Akhmedov, E.K. Murliev, A.S.Asvarov. Stability of properties and degradation mechanisms of multilayer transparent conductive structures during their "damp heat" testing. NANOINDUSTRY. 2024. Vol. 17. No. 6. PP. 338–344. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2024.17.6.338.344.
ВВЕДЕНИЕ
Прозрачные проводящие слои на основе широкозонных оксидных материалов, характеризующиеся высокой электропроводностью и высоким оптическим пропусканием в видимом диапазоне спектра получили широкое распространение при формировании прозрачных электродов в различных оптоэлектронных приложениях [1–3]. Однако новые более жесткие требования, предъявляемые к функциональным характеристикам слоев, стоимости и экологичности материалов и технологий, используемых в интенсивно развивающейся индустрии гибкой прозрачной электроники, активизировали исследования, направленные на поиск новых перспективных материалов и технологических решений по различным направлениям [4, 5]. В процессе разработки прозрачных электродов для гибких устройств был пройден большой путь от использования однородных оксидных слоев [6] до трехслойных структур типа "оксид/металл/оксид" [7] и, наконец, к поиску новых архитектур на основе сверхрешеток и структур с модулированным легированием [8].
Трехслойные структуры ITO/Ag/ITO, осажденные на полимерных носителях без принудительного нагрева, получили широкое распространение благодаря высокой проводимости при относительно малой толщине, определяющей минимальный радиус изгиба, что весьма критично для устройств гибкой электроники [9, 10]. В то же время перспективность использования в качестве прозрачных электродов многослойных периодических структур и структур с модулированным легированием видится в возможности снижения рассеяния на ионах примеси [11].
Коммерциализация новых разработок в области функциональных слоев прозрачной электроники требует проведения всестороннего тестирования стабильности их характеристик по установленным стандартам. Одним из важнейших тестов в индустрии функциональных слоев прозрачной электроники является так называемый тест "влажное тепло" (damp heat test), предполагающий 1000-часовые испытания при температуре 85 °C и относительной влажности 85%. Такие испытания позволяют установить факторы, влияющие на стабильность характеристик слоев, механизмы их деградации, а также, на основе полученных данных, выработать рекомендации по их защите.
В настоящей работе проведены сравнительные исследования стабильности поверхностного сопротивления и оптического пропускания трехслойных структур ITO/Ag/ITO, GZO/Al/GZO, а также тонкопленочной периодической структуры IZO (In2O3 + ZnO (10 вес. %)) с модулированным по толщине содержанием кислорода при 1000-часовых испытаниях при температуре 85 °C и относительной влажности 85%. Проведен анализ механизмов деградации структур в зависимости от состава и свойств единичных слоев.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Все тестируемые тонкопленочные структуры были осаждены на стеклянных и кремниевых подложках методом высокочастотного магнетронного распыления мишеней соответствующего состава на установке барабанного типа, оснащенной двумя диаметрально расположенными распылительными магнетронами. Трехслойные структуры ITO/Ag/ITO и GZO/Al/GZO были получены путем последовательного низкотемпературного (Т≤ 50 °C) осаждения слоев в атмосфере чистого (99.999%) аргона. Тонкопленочные периодические структуры высокой проводимости с модулированным содержанием кислорода IZO были получены по методике, приведенной в [12].
Блок-схема стенда для проведения 1000-часового теста "влажное тепло" при температуре 85 °C и относительной влажности 85% приведена в [13].
Для измерения поверхностного сопротивления проводящих структур был использован ИУС-3 (Россия). Данные просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) по толщине, микроструктуре и составу синтезированных структур были получены с помощью электронного микроскопа TEM Tecnai Osiris FEI (США). Данные по оптическому пропусканию образцов были получены с помощью спектрофотометра UV-3600 Shimadzu (Япония).
РЕЗУЛЬТАТЫ
На рис.1 приведена фотография внешнего вида тестируемых структур до и после тестирования. Видно, что периодическая структура IZO не демонстрирует видимых изменений, в то время как на остальных структурах явно видны следы деградации, преимущественно по краям образцов.
В табл.1 приведены данные по изменению поверхностного сопротивления и оптического пропускания исследуемых тонкопленочных структур в процессе 1000-часового тестирования. Минимальное увеличение поверхностного сопротивления (4.26%) наблюдается в периодической структуре IZO с модулированным содержанием кислорода по толщине, при этом оптическое пропускание в ней остается практически неизменным. В то же время рост сопротивления в трехслойных структурах ITO/Ag/ITO и GZO/Al/GZO существенно выше и составляет 33 и 22% соответственно.
На рис.2 приведены сравнительные ПЭМ-микрофотографии исходных структур и карты распределения кислорода в них до начала тестирования. Видно, что оксидные слои в трехслойных структурах имеют сходную блочную морфологию, при этом металлические слои имеют существенные различия. Слой Ag (рис.2a) демонстрирует более четкие границы интерфейсов с оксидными слоями и более полную коалесценцию зародышей с формированием сплошного слоя по отношению к слою Al (рис.2b). При этом слой металлического алюминия (рис.2b1), в отличие от слоя серебра (рис.2a1), содержит значительное количество кислорода не только в области интерфейсов, но и в объеме слоя.
Поперечный срез исходного образца IZO с модулированным по толщине содержанием кислорода имеет плотную однородную структуру (рис.2c). При этом интегральное распределение кислорода в структуре также достаточно однородно (рис.2c1). Амплитуда модуляции кислорода в исходной структуре составляла около 0.4%, а ее шаг – около 6 нм. Оба этих параметра находятся за порогом разрешения использованного метода энергодисперсионного микроанализа, поэтому на соответствующей карте (рис.2c1) мы можем наблюдать только интегральное распределение.
ОБСУЖДЕНИЕ
Совместный анализ полученных результатов позволяет предположить следующие механизмы деградации структур.
В трехслойных структурах ITO/Ag/ITO диффузия кислорода и паров воды происходит преимущественно по интерфейсам метал-оксид, при этом происходит частичное расслоение структуры, снижающее ее оптическое пропускание и ускоряющее ее дальнейшую деградацию и разрушение. Потемнение краевых областей структуры может также быть связано и с поступлением из атмосферы в межслоевую область паров сернистых соединений с последующим формированием в области интерфейсов пленки сульфида серебра.
В структурах GZO/Al/GZO исходный слой алюминия уже частично окислен по границам зерен и в области межслоевых интерфейсов, поэтому сопротивление исходной структуры GZO/Al/GZO существенно выше сопротивления структуры ITO/Ag/ITO. Мы полагаем, что в виду высокой химической активности алюминия его окисление в процессе формирования трехслойной структуры происходит в нескольких процессах: окисление в газовой фазе остаточным кислородом в камере, окисление с поверхности кислородом распыляемой мишени GZO при осаждении верхнего оксидного слоя и окисление на интерфейсах вследствие взаимодействия с прилегающими оксидными слоями. Наличие оксидного слоя на границах зерен алюминия снижает их электрическую перколяцию, препятствуя возбуждению на границах металл-оксид плоских поверхностных плазмонов и, как следствие, уменьшает оптическое пропускание структуры [14]. В то же время плотный оксидный слой на границах зерен алюминия в процессе тестовых испытаний препятствует дальнейшей диффузии кислорода и паров воды, замедляя процесс деградации структуры.
Тонкопленочная периодическая структура IZO с модулированным по толщине содержанием кислорода показала лучшую стабильность поверхностного сопротивления и оптического пропускания. Эффект модуляции кислорода в данной структуре составляет около 13% [12]. Относительный рост сопротивления после 1000-часового тестирования составил около 4%, что свидетельствует о высокой стабильности модулированного состояния кислорода. Мы полагаем, что высокая плотность и однородность периодической структуры IZO препятствуют быстрой диффузии атмосферного кислорода и паров воды по порам и границам зерен, а основным механизмом диффузии кислорода в структуре в условиях данного теста остается значительно более медленный вакансионный механизм.
ВЫВОДЫ
Проведенные исследования показали, что механизм деградации многослойной структуры зависит от ряда факторов: микроструктуры, плотности и химической стойкости единичных слоев, взаимной адгезии прилегающих слоев и различия их температурных коэффициентов расширения, структуры межслоевых интерфейсов.
ИНФОРМАЦИЯ О РЕЦЕНЗИРОВАНИИ
Редакция благодарит анонимного рецензента (рецензентов) за их вклад в рецензирование этой работы, а также за размещение статей на сайте журнала и передачу их в электронном виде в НЭБ eLIBRARY.RU.
Декларация о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в данной статье.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Stadler A. Transparent conducting oxides—an up-to-date overview // Materials. 2012. Vol. 5. P. 661.
Liu H., Avrutin V., Izyumskaya N., Özgür Ü., Morkoç H. Transparent conducting oxides for electrode applications in light emitting and absorbing devices // Superlattices Microst., 2010. Vol. 48. P. 458.
Calnan S., Tiwari A.N. High mobility transparent conducting oxides for thin film solar cells // Thin Solid Films. 2010. Vol. 518. P. 1839.
Hamers R.J. Flexible electronic futures // Nature. 2001. Vol. 412. P. 489.
Liu Y., Pharr M., Salvatore G.A. Lab-on-skin: a review of flexible and stretchable electronics for wearable health monitoring // ACS Nano. 2017. Vol. 11. P. 9614.
Minami T. New n-Type Transparent Conducting Oxides // MRS Bulletin. 2000. Vol. 25. P. 38.
Afre R.A., Sharma N., Sharon M., Sharon M. Transparent conducting oxide films for various applications: A review // Rev.Adv.Mater. Sci., 2018. Vol. 53. P. 79.
Morales-Masis M., De Wolf S., Woods-Robinson R., Ager J.W., Ballif C. Transparent Electrodes for Efficient Optoelectronics // Adv. Electron. Mater., 2017. Vol. 3. P. 1600529.
Sibin K.P., Srinivas G., Shashikala H.D., Arjun D., Sridhara N., Sharma A.K., Barshilia H.C. Highly transparent and conducting ITO/Ag/ITO multilayer thin films on FEP substrates for flexible electronics applications // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2017. Vol. 172. P. 277.
Rozati S.M., Ziabari S.A.M. A review of various single layer, bilayer, and multilayer TCO materials and their applications // Materials chemistry and physics. 2022. Vol. 292. P. 126789.
Robbins J.J., Wolden C.A. High mobility oxides: Engineered structures to overcome intrinsic performance limitations of transparent conducting oxides // Applied Physics Letters. 2003. Vol. 83. P. 3933.
Akhmedov A.K., Abduev A.K., Murliev E.K., Belyaev V.V., Asvarov A.S. Transparent Conducting Amorphous IZO Thin Films: An Approach to Improve the Transparent Electrode Quality // Materials. 2023. Vol. 16. P. 3740.
Ахмедов А.К. Структура и свойства прозрачных проводящих слоев на основе оксида цинка полученных методом магнетронного распыления нестехиометричных мишеней. Дисс. к.ф.-м.н., 2016. 01.04.07. C. 93.
Jeong J., Kim H. Low resistance and highly transparent ITO–Ag–ITO multilayer electrode using surface plasmon resonance of Ag layer for bulk-heterojunction organic solar cells // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2009. Vol. 93. P. 1801.
Отзывы читателей
