Стабильность характеристик наноструктурированных прозрачных проводящих слоев на основе оксида цинка

Постановка проблемы. Сохранение требуемого ресурса работы устройств прозрачной электроники регламентируется рядом стандартов. Важное место в этом ряду занимают испытание на воздействие такого внешнего фактора, как влажное тепло (ВТ), определяющее пригодность устройств или их компонентов к транспортированию, хранению и эксплуатации в условиях высокой влажности. При ВТ-воздействии на прозрачные электроды на основе широкозонных оксидов наличие кислорода и паров воды в камере испытаний может существенным образом влиять на результаты таких испытаний, поскольку одним из ключевых факторов, влияющих на деградацию электрических характеристик оксидных слоев, является миграция кислорода или паров воды по межзеренным границам слоев. Цель работы - выяснение условий и механизмов деградации легированных прозрачных проводящих слоев оксида цинка (ZnO) в тестах ВТ. Результаты. Поиск путей увеличения стабильности слоев в условиях проведения тестов ВТ требует изучения взаимосвязи температур синтеза слоев, их пористости с деградацией слоев в результате диффузии компонентов окружающей среды по границам зерен. Для анализа механизмов деградации электропроводности и среднего оптического пропускания слоев на основе ZnO использованы данные исследований процессов деградации при ВТ-испытаниях слоев на основе ZnO, синтезированных при различных температурах и различных типах легирования. Показано, что высокая пористость слоев на основе ZnO, синтезированных при относительно низких температурах, является ключевым фактором, приводящим к деградации их электрических характеристик. Практическая значимость. Получение достоверных данных и выяснение условий диффузии кислорода и паров воды в слоях, напыленных при различных температурах, позволяет форсировать поиск коммерчески привлекательных составов и технологий синтеза функциональных слоев на основе ZnO для прозрачной электроники.

A number of standard tests exist to test the service life of a transparent electronics device. For long-term operation suitability, an important external factor is occupied by a damp heat test, which determines the suitability of devices or their components for transportation, storage and operation in high humidity conditions. During damp heat testing of transparent electrodes based on wide-band oxides, the presence of oxygen and water vapor in the test chamber can significantly affect the results of such tests, since one of the key factors affecting the degradation of the electrical characteristics of oxide layers is the migration of oxygen or water vapor along the grain boundaries of the layers. Purpose - the analysis is devoted to elucidation of the conditions and mechanisms of degradation of transparent conducting ZnObased layers under the long-term damp heat treatment. The search for ways to increase the stability of layers in damp heat environment requires studying the relationship between the temperatures of layer synthesis, their porosity, and degradation of layers due to diffusion of environmental components along grain boundaries. To analyze the degradation characteristics of functional performances of taransparent conducting oxide layers, damp heat test results for ZnO-based layers deposited by magnetron sputtering at different substrate temperatures and different types of doping are used. It is shown that the high porosity of ZnO-based layers synthesized at relatively low temperatures is an important factor leading to degradation of their functional characteristics. Obtaining reliable data in this area will make it possible to accelerate the search for new materials and technologies for the further development of transparent electronics devices.