Influência dos parâmetros de deposição nas propriedades óticas e elétricas de filmes finos de óxido de zinco gálio produzidos via pulverização catódica

In this work a series of Gallium-doped Zinc Oxide (GZO) thin films was deposited via Radio Frequency Magnetron Sputtering technique. The sputtering target distributed power, work pressure, and working gas flux kept inside the deposition chamber during the process were varied in order to evaluate the influence of these parameters on the optical and electrical properties of GZO films. The gas used was Argon. The whole set of depositions was carried out onto clean glass substrates at ambient temperature. The films optical transmittance was measured by a UV-Visible spectrophotometer (Shimadzu UV-1800), the thickness by a tip profilometer (KLA Tencor D-100), and the electrical characteristics with a Hall Effect measurement system (Ecopia HMS 3000). A few samples were analyzed by X-Ray Diffraction (Bruker D8 Discover) and Scanning Electron Microscopy (Fei Quanta 250). The GZO films which presented the lowest and highest resistivity values in each parameter variation series were structurally analyzed, the samples presented preferred crystal orientation with respect to the [001] direction and showed a near constant crystallinity as the deposition parameters changed. All the samples exhibited a high transparency (higher than 80%) at visible electromagnetic spectrum, high transparency at near infrared (NIR) and a cutoff at UV wavelengths. The highest electrical resistivity obtained was 1.07x10-2 Ωcm at a deposition power of 180 W, work pressure of 0.08 mBar, and argon flux of 350 sccm. The lowest resistivity obtained was 1.98x10-3 Ωcm at a deposition power of 120 W, work pressure of 0.14 mBar, and argon flux of 300 sccm. The SEM images revealed GZO grain at the films surface of an irregular pattern and disperse sizes. The films electrical resistivity diminished as the grain size rose.Neste trabalho uma série de filmes finos de óxido de zinco gálio (GZO) foi depositada via técnica de pulverização catódica de radiofrequência assistida por campo magnético constante (RF sputtering). A potência distribuída ao alvo de pulverização, a pressão de trabalho e o valor de fluxo de gás de trabalho mantidos na câmara durante o processo de deposição foram variados a fim de avaliar a influência desses parâmetros nas propriedades óticas e elétricas dos filmes de GZO. O gás utilizado foi argônio. Todas as deposições foram feitas em substratos de vidro limpos e a temperatura ambiente. A transmitância ótica dos filmes foi aferida com um espectrofotômetro ultravioletavisível (Shimadzu UV-1800), a espessura com um perfilômentro de ponta (KLA Tencor D100) e as características elétricas com um sistema de medida via efeito Hall (Ecopia HMS 3000). Algumas amostras foram analisadas estruturalmente por difração de raios-X (Bruker D8 Discover) e microscopia eletrônica de varredura (Fei Quanta 250). Os filmes de GZO que apresentaram os menores e maiores valores de resistividade elétrica em cada série de variação de parâmetros foram estruturalmente analisados, eles apresentaram orientação preferencial na direção [001], bem como tamanhos médios do cristalito aproximadamente constantes com a variação dos parâmetros de deposição. Todas as amostras exibiram uma alta transparência (superior a 80%) na região visível do espectro eletromagnético, bem como uma alta transparência no infravermelho próximo e um corte na transmitância no ultravioleta próximo. A maior resistividade elétrica obtida foi de 1,07x10-2 Ωcm com potência de 120 W pressão de trabalho de 0,14 mBar e fluxo de argônio de 350 sccm. A menor resistividade obtida foi de 1,98x10-3 Ωcm com potência de 120 W, pressão de trabalho de 0,14 mBar e fluxo de argônio de 300 sccm. As imagens de microscopia eletrônica de varredura revelaram grãos de GZO na superfície de aspecto irregular e com tamanhos dispersos, e que a resistividade elétrica dos filmes diminui à medida que o tamanho médio dos grãos aumenta.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio