Spectroscopic Ellipsometry Characterization of As-Deposited and Annealed Non-Stoichiometric Indium Zinc Tin Oxide Thin Film

A spectroscopic ellipsometry study on as-deposited and annealed non-stoichiometric indium zinc tin oxide thin films of four different compositions prepared by RF magnetron sputtering was conducted. Multi-sample analysis with two sets of samples sputtered onto glass slides and silicon wafers, together with the analysis of the samples onto each substrate separately, was utilized for as-deposited samples. Annealed samples onto the glass slides were also analyzed. Spectroscopic ellipsometry in a wide spectral range (0.2-6 eV) was used to determine optical constants (refractive index n and extinction coefficient k) of these films. Parameterized semiconductor oscillator function, together with Drude oscillator, was used as a model dielectric function. Geometrical parameters (layer thickness and surface roughness) and physical parameters (direct optical bandgap, free carrier concentration, mobility, and specific electrical resistivity) were determined from spectroscopic ellipsometry data modeling. Specific electrical resistivity determined from the Drude oscillator corresponds well with the results from electrical measurements. Change in the optical bandgap, visible especially for annealed samples, corresponds with the change of free carrier concentration (Moss-Burstein effect). Scanning electron microscope did not reveal any noticeable annealing-induced change in surface morphology.
Byla provedena studie pomocí spektroskopické elipsometrie na deponovaných a žíhaných nestechiometrických tenkých vrstvách oxidu india, zinku a cínu čtyř různých složení připravených RF magnetronovým naprašováním. Pro deponované vzorky byla použita vícevzorková analýza se dvěma sadami vzorků naprášenými na skleněné a křemíkové substrátu spolu s analýzou vzorků na každém substrátu zvlášť. Byly také analyzovány vzorky vyžíhané na skle. Pro stanovení optických konstant (index lomu n a extinkční koeficientu k) těchto vrstev byla použita spektroskopická elipsometrie v širokém spektrálním rozsahu (0,2-6 eV). PSEMI spolu s Drudeho oscilátorem byla použita jako modelová dielektrická funkce. Geometrické parametry (tloušťka vrstvy a drsnost povrchu) a fyzikální parametry (přímý optický zakázaný pás, koncentrace volných nositelů, pohyblivost a specifický elektrický odpor) byly stanoveny z modelování dat pomocí spektroskopické elipsometrie. Měrný elektrický odpor stanovený pomocí Drudeho oscilátoru dobře odpovídá výsledkům z elektrických měření. Změna zakázaného pásu, viditelná zejména u žíhaných vzorků, odpovídá změně koncentrace volných nositelů (Moss-Bursteinův efekt). Rastrovací elektronový mikroskop neodhalil žádnou znatelnou změnu morfologie povrchu vyvolanou žíháním.