近日，中國科學(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1064nm準(zhǔn)連續(xù)激光退火氧化銦錫（ITO）薄膜研究中取得新進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)激光退火誘導(dǎo)ITO薄膜表面形貌的變化和溫升的依賴關(guān)系。相關(guān)成果發(fā)表在《光學(xué)材料快報(bào)》（Optical Materials Express）上。

ITO是最重要的透明導(dǎo)電電極材料之一，廣泛應(yīng)用于太陽能電池、電光開關(guān)、液晶器件等光電器件中。在ITO制備及退火中，溫度是影響ITO薄膜性能的關(guān)鍵因素之一。適當(dāng)?shù)耐嘶饻囟瓤梢蕴岣弑∧さ慕Y(jié)晶度、表面粗糙度以及光電性能。然而，過高的溫度，尤其是激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的快速溫升，導(dǎo)致膜層開裂、熔化、蒸發(fā)、燒蝕等損傷。ITO薄膜這些熱現(xiàn)象意味著可以通過優(yōu)化激光退火溫度實(shí)現(xiàn)對ITO薄膜特性的提升。

課題組利用高平均功率1064nm準(zhǔn)連續(xù)激光實(shí)現(xiàn)退火溫度的緩慢上升，通過設(shè)計(jì)不同厚度的ITO薄膜實(shí)現(xiàn)對ITO薄膜溫度場分布的調(diào)控，發(fā)現(xiàn)在準(zhǔn)連續(xù)激光退火ITO薄膜中，一旦退火溫度達(dá)到~520K的形變溫度閾值或~1250K的裂紋溫度閾值，薄膜表面便會出現(xiàn)相應(yīng)的形變或裂紋，初始表面形變或裂紋的尺寸與表面溫度高于形變或裂紋溫度閾值區(qū)域的尺寸相吻合。該研究闡明準(zhǔn)連續(xù)激光退火對ITO薄膜形貌的影響規(guī)律以及機(jī)制，為準(zhǔn)連續(xù)激光退火工藝的優(yōu)化以及技術(shù)的應(yīng)用提供了重要指導(dǎo)。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究項(xiàng)目和脈沖功率激光技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究基金的支持。

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圖1.不同溫度場分布ITO薄膜的表面形貌

圖2.退火誘導(dǎo)的實(shí)際形貌尺寸與模擬形貌尺寸對比。（a）形變實(shí)際尺寸與模擬尺寸。（b）裂紋實(shí)際尺寸與模擬