Controle das propriedades ópticas e elétricas do ITO por bombardeamento com íons

Abstract

Este trabalho apresenta as variações das propriedades ópticas e elétricas do ITO (Oxido de índio dopado com Estanho) por bombardeamento iônico. Os bombardeamentos foram realizados com íons Ar+ com perfil único e com perfil de plateau. Em seguida, foram realizadas as caracterizações elétricas pelo método de quatro pontas de Van der Pauw e medidas de transmitância especular e refletância total. As amostras foram recozidas a temperaturas de 200oC, 300°C e 400°C, sendo, após, realizadas as devidas caracterizações elétricas e ópticas novamente. A resistência de folha do ITO aumentou de 12,7í2/d (amostra não bombardeada) até 300Í7/D para a amostra implantada com a maior dose (1 x 1017/cm2). Este aumento é devido à diminuição da mobilidade em mais de 10 vezes. Para doses baixas (até 1 x 1013/cm2) o bombardeamento está criando portadores do tipo n devido à formação de vacâncias de oxigênio. Para doses maiores, a concentração dos portadores começa a diminuir devido á remoção dos átomos de Sn dos sítios e ao armadilhamento em níveis profundos dos portadores livres. Nas mecUdas ópticas, foi constatado que todas as doses de bombardeamento diminuem a transmitância do ITO. Para as amostras de perfil único e doses de bombardeamento de até 1 x IO15/cm2, a temperatura de recozimento de 400oC é suficiente para quase recuperar as características elétricas e ópticas iniciais das amostras. As correspondentes larguras da banda proibida foram medidas e verificada a validade do Efeito de Burnstein-Moss nas amostras submetidas à implantação. Provamos que no ITO não podemos conseguir isolamento completo e torná-lo isolante elétrico através de bombardeamento com íons, como é possível para vários semiconutores (GaAs, InP, GaN, etc.). Entretanto, a implantação iônica oferece um método de controle das características ópticas e elétricas. Por exemplo, podemos fazer a camada de ITO menos transparente sem mudar significativamente a resistência de folha, o que pode ser necessário em alguns passos tecnológicos.

This work presents the variations of the optical and electrical properties of the ITO (Indium Tin Oxide) by ionic bombardment. The bombardments were dona using Ar+ ioris with one profile and with plateau profile. In the sequence, the electrical characterizations were done by the four point proba technique of Van der Pauw and the specular transmitance and total reflectance were measured. The samples were anealed at 200°C, 300oC, 400°C and the electrical and optical properties were characterized again. The sheet resistence of the ITO has increased from 12,7íl/a (nonbombardad sample) to 300n/D on the sample that was implanted with the biggest dose (1 X 1017/cm2). This rise is due to the mobility reduction in more than 10 times. For lower doses (until 1 x 1013/cm2) the bombardment creates type n carriers because of the oxygen vacation formations. For greater doses, the density of carriers starts to decrease due to the remotion of Sn atoms from the sites and to the trapping at deep leveis of the free carriers. On the optical measurements it was observed that ali the bombardment doses lead the ITO transmitance to deacrease. For the samples of one profile and bombardment doses until 1 x 1015/cm2 the anealing temperature of 400°C is suffient to almost recover the initial eletrical and optical characteristics of the samples. The corresponding forbiden band gap were measured and it was verified the validity of the Burnstein-Moss theory on the implanted samples. We have proved that in the ITO it is not possible either to get complete isolation nor turn ITO eletrical isolating beyond the ion bombardment, as it is possible for various semiconductors (GaAs, InP, GaN, etc.). However, the ionic implantation offers a method of controling the optical and eletrical characteristcs. For example, we can turn the ITO layer less transparent without significantly modififying the sheet resistence, that can be necessary in some technological steps.