近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室在調(diào)控氧化銦錫（ITO）薄膜光電特性研究中取得進(jìn)展，利用高效、可選擇性的準(zhǔn)連續(xù)（QCW）激光退火技術(shù)對(duì)ITO薄膜載流子進(jìn)行調(diào)控，在基本不改變ITO薄膜導(dǎo)電特性的前提下，實(shí)現(xiàn)ITO薄膜近紅外波段透過(guò)率的顯著提升。相關(guān)研究成果發(fā)表在《應(yīng)用表面科學(xué)》（Applied Surface Science）上。

ITO具有較高的載流子濃度，是一種重要的透明導(dǎo)電材料。高載流子濃度使ITO薄膜具有良好導(dǎo)電性的同時(shí)，也造成其近紅外波段透過(guò)率的降低，導(dǎo)致ITO薄膜在近紅外波段的透過(guò)率和導(dǎo)電性的相互制約較為明顯，在一定程度上影響了ITO薄膜在近紅外波段液晶光學(xué)器件、電致發(fā)光器件和等離子傳感器等光電器件的研究和應(yīng)用推廣。

鑒于ITO薄膜的導(dǎo)電性和近紅外波段的透過(guò)與載流子濃度相關(guān)，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展1064nm QCW激光退火技術(shù)對(duì)ITO薄膜載流子濃度的調(diào)控研究。結(jié)果表明，在QCW退火可有效降低ITO薄膜內(nèi)的載流子濃度，在基本不改變ITO薄膜導(dǎo)電性的前提下，實(shí)現(xiàn)ITO薄膜近紅外波段透過(guò)率的顯著提升。能譜分析表明，載流子濃度的降低是由于QCW退火過(guò)程中發(fā)生了錫還原和氧空位湮滅過(guò)程。其中，錫的還原反應(yīng)在靠近薄膜底部的缺氧環(huán)境中更為顯著，而氧空位的湮滅程度基本不隨膜層深度的變化而變化，這與錫還原過(guò)程提供的氧一定程度上彌補(bǔ)了薄膜底部相對(duì)于表面的缺氧狀態(tài)有關(guān)。

該研究為半導(dǎo)體領(lǐng)域獲得近紅外波段光電性能優(yōu)異的ITO薄膜提供新視角，并闡明QCW激光退火調(diào)控ITO薄膜載流子在富氧和缺氧環(huán)境中的基本機(jī)制，為準(zhǔn)連續(xù)激光退火工藝技術(shù)的研究和應(yīng)用提供指導(dǎo)。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和脈沖功率激光技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放研究基金的支持。

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圖1.退火后ITO薄膜在近紅外波段透過(guò)率的提升

圖2.ITO薄膜載流子變化的物理圖像