Właściwości elektryczne i optyczne cienkich warstw WOx wytwarzanych metodą rozpylania magnetronowego i analiza ich współczynnika doskonałości

W artykule przeanalizowano właściwości optyczne i elektryczne cienkich warstw tlenku wolframu. Jest to materiał często stosowany między innymi w inteligentnych oknach, lustrach antyparowych i czujnikach gazów. zbadano pięć serii cienkich warstw tlenku wolframu, które zostały wytworzone w procesach rozpylania magnetronowego w atmosferze mieszaniny gazu roboczego (ar) oraz reaktywnego (O2) o różnej zawartości tlenu, tj. od 5% do 15%. Każdy z procesów przeprowadzany był przy tej samej wartości ciśnienia, odległości target - podłoże oraz w tym samym czasie. Grubość cienkich warstw zmierzona za pomocą profilometru optycznego wynosiła około 160 nm. zauważono, że wraz ze zwiększaniem się udziału gazu reaktywnego w procesie próbki zmieniały barwę od metalicznej, przez ciemnogranatową, po błękitną, jednocześnie stając się coraz bardziej przezroczyste. Pomiary właściwości elektrycznych wykonane za pomocą sondy czteroostrzowej, a także właściwości optycznych przeprowadzone z użyciem spektrofotometru wykazały, że zwiększanie udziału tlenu w procesie powodowało wzrost średniej transmisji światła w zakresie widzialnych długości fal oraz rezystywności cienkich warstw. W artykule przeanalizowano również współczynniki Figure of Merit określające jakość badanej próbki. Największą wartość współczynnika doskonałości otrzymano dla cienkiej warstwy tlenku wolframu, odznaczającej się stosunkowo dużą średnią transmisją światła w zakresie widzialnym przy niskiej wartości rezystywności. Przeprowadzone badania wykazały, że atmosfera gazowa podczas procesu rozpylania magnetronowego istotnie wpływa na właściwości optyczne i elektryczne cienkich warstw tlenku wolframu, co stwarza możliwość projektowania cienkowarstwowych powłok przeznaczonych do stosowania w transparentnej elektronice.

In this article, optical and electrical properties of tungsten oxide thin films, prepared by magnetron sputtering in the atmosphere of various oxygen content, were analysed. Tungsten oxide is a material, which is widely used in modern applications such as smart windows, antisteam mirrors, and gas sensors. Five sets of tungsten oxide thin films were deposited by magnetron sputtering in the mixed argon-oxygen atmosphere composed of various content of reactive gas, i.e., from 5% to 15%. In each case, other deposition process parameters were the same. The thickness of the thin films was ca. 160 nm and it was measured with the optical profilometer. it was noticed that along with the increase in the proportion of reactive gas in the process, thin film samples changed their colour from metallic, through navy blue to blue and simultaneously they became increasingly transparent. Measurements of electrical properties, made using the four-point probe and optical properties, performed with the aid of a spectrophotometer showed that increasing the proportion of oxygen in the process increased the average transmission in the visible wavelength range and the resistivity of the prepared WOx thin films. in the article, the Figure of Merit (FoM) coefficients are also presented, which determine the quality of the thin film samples. it was shown that the highest value of the FoM was observed for WOx thin film characterised by a relatively high average transmission in the visible wavelength range and low value of resistivity. The performed measurements showed that the gas atmosphere during magnetron sputtering process leads to the tailoring of the optical and electrical properties of tungsten oxide thin films, which in turn makes it possible to design and apply such thin film coatings in transparent electronics.