近期，中國科學院上海光學精密機械研究所薄膜光學實驗室在調控氧化銦錫（ITO）薄膜光電特性研究中取得進展，利用高效、可選擇性的準連續（QCW）激光退火技術對ITO薄膜載流子進行調控，在基本不改變ITO薄膜導電特性的前提下，實現ITO薄膜近紅外波段透過率的顯著提升。相關研究成果發表在《應用表面科學》（Applied Surface Science）上。
ITO具有較高的載流子濃度，是一種重要的透明導電材料。高載流子濃度使ITO薄膜具有良好導電性的同時，也造成其近紅外波段透過率的降低，導致ITO薄膜在近紅外波段的透過率和導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器件、電致發光器件和等離子傳感器等光電器件的研究和應用推廣。
鑒于ITO薄膜的導電性和近紅外波段的透過與載流子濃度相關，研究團隊開展1064nm QCW激光退火技術對ITO薄膜載流子濃度的調控研究。結果表明，在QCW退火可有效降低ITO薄膜內的載流子濃度，在基本不改變ITO薄膜導電性的前提下，實現ITO薄膜近紅外波段透過率的顯著提升。能譜分析表明，載流子濃度的降低是由于QCW退火過程中發生了錫還原和氧空位湮滅過程。其中，錫的還原反應在靠近薄膜底部的缺氧環境中更為顯著，而氧空位的湮滅程度基本不隨膜層深度的變化而變化，這與錫還原過程提供的氧一定程度上彌補了薄膜底部相對于表面的缺氧狀態有關。
該研究為半導體領域獲得近紅外波段光電性能優異的ITO薄膜提供新視角，并闡明QCW激光退火調控ITO薄膜載流子在富氧和缺氧環境中的基本機制，為準連續激光退火工藝技術的研究和應用提供指導。研究工作得到國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項和脈沖功率激光技術國家重點實驗室開放研究基金的支持。
圖1.退火后ITO薄膜在近紅外波段透過率的提升
圖2.ITO薄膜載流子變化的物理圖像
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