А.Х. Абдуев1, А.Ш. Асваров2, А.К. Ахмедов3, С.В. Агасиева4, В.В. Беляев5, А.С. Борисова6, Л.С. Фляжникова7, Ф.М.А. Абделрхман8

1, 4–8 Российский университет дружбы народов (Москва, Россия)

2, 3 Институт физики, Дагестанский федеральный исследовательский центр РАН (г. Махачкала, Республика Дагестан)
5 Московский государственный областной университет (г. Мытищи, Московская обл., Россия)

Постановка проблемы. Сохранение требуемого ресурса работы устройств прозрачной электроники регламентируется рядом стандартов. Важное место в этом ряду занимают испытание на воздействие такого внешнего фактора, как влажное тепло (ВТ), определяющее пригодность устройств или их компонентов к транспортированию, хранению и эксплуатации в условиях высокой влажности. При ВТ-воздействии на прозрачные электроды на основе широкозонных оксидов наличие кислорода и паров воды в камере испытаний может существенным образом влиять на результаты таких испытаний, поскольку одним из ключевых факторов, влияющих на деградацию электрических характеристик оксидных слоев, является миграция кислорода или паров воды по межзеренным границам слоев.

Цель работы – выяснение условий и механизмов деградации легированных прозрачных проводящих слоев оксида цинка (ZnO) в тестах ВТ.

Результаты. Поиск путей увеличения стабильности слоев в условиях проведения тестов ВТ требует изучения взаимосвязи температур синтеза слоев, их пористости с деградацией слоев в результате диффузии компонентов окружающей среды по границам зерен. Для анализа механизмов деградации электропроводности и среднего оптического пропускания слоев на основе ZnO использованы данные исследований процессов деградации при ВТ-испытаниях слоев на основе ZnO, синтезированных при различных температурах и различных типах легирования. Показано, что высокая пористость слоев на основе ZnO, синтезированных при относительно низких температурах, является ключевым фактором, приводящим к деградации их электрических характеристик.

Практическая значимость. Получение достоверных данных и выяснение условий диффузии кислорода и паров воды в слоях, напыленных при различных температурах, позволяет форсировать поиск коммерчески привлекательных составов и технологий синтеза функциональных слоев на основе ZnO для прозрачной электроники.

Абдуев А.Х., Асваров А.Ш., Ахмедов А.К., Агасиева С.В., Беляев В.В., Борисова А.С., Фляжникова Л.С., Абделрхман Ф.М.А. Стабильность характеристик наноструктурированных прозрачных проводящих слоев на основе оксида цинка // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2022. Т. 14. № 1. С. 22–30. DOI: https://doi.org/10.18127/j22250980-202201-03

1. Afre R.A., Sharma N., Sharon M., Sharon M. Transparent conducting oxide films for various applications: a review. Rev. Adv. Mater. Sci. 2018. V. 53. P. 79–89.
2. Испытания на воздействие внешних факторов. Часть 2-78. Испытания. Испытание Cab: Влажное тепло, постоянный режим: ГОСТ Р МЭК 60068-2-78. Издание официальное. М.: ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ», 2010. 4 с.
3. Международный стандарт IEC 61646:2008 «Модули фотоэлектрические тонкопленочные наземные. Порядок проведения испытаний для подтверждения соответствия функциональным характеристикам».
4. Guillén C., Herrero J. Stability of sputtered ITO thin films to the damp-heat test. Surface and Coatings Technology. 2006. V. 201. P. 309–312.
5. Kim H.A., Baeg J.H., Shin J., Park J., Lee S. Effect of Damp Heat on the Performance Degradation of Flexible CIGS Photovoltaic Modules. Int. J. Adv. Technol. 2018. V. 9. P. 200.
6. Tabassum S., Yamasue E., Okumura H., Ishihara K.N. Damp heat stability of AZO transparent electrode and influence of thin metal film for enhancing the stability. J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2014. V. 25. P. 3203–3208.
7. Song H.-P., Makino H., Kishimoto S., Yamamoto T. Moisture Resistant Ga-Doped ZnO Films with Highly Transparent Conductivity for Use in Window Layers of Thin-Film Solar Cells. Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 2013. V.1538. P. 209–214.
8. Abduev A., Akhmedov A., Asvarov A., Belyaev V. Improved ZnO based materials for to-date flat panel displays. SID Symposium Digest of Technical Papers. 2019. V. 50. № 1. P. 977–980.
9. Litzov I., Azimi H., Matt G., Kubis P., Stubhan T., Popov G., Brabec C.J. Accelerated degradation of Al3+ doped ZnO thin films using damp heat test. Organic Electronics. 2014. V. 15. P. 569–576.
10. Kang J.-H., Kim D.W. Damp Heat Stability of ZnO:Ga Thin Films on Glass Substrate. Journal of the Korean Physical Society. 2010. V. 57. № 4. P. 1081–1085.
11. Park Y.-S., Kim H.-K., Kim S.-W. Thin Ag Layer Inserted GZO Multilayer Grown by Roll-to-Roll Sputtering for Flexible and Transparent Conducting Electrodes. Journal of The Electrochemical Society. 2010. V. 157. № 8. P. J301–J306.
12. Akhmedov A.K., Abduev A.Kh., Kanevsky V.M., Muslimov A.E., Asvarov A.Sh. Low-Temperature Fabrication of High-Performance and Stable GZO/Ag/GZO Multilayer Structures for Transparent Electrode Applications. Coatings. 2020. V. 10. № 3. P. 269.
13. Bingel A., Stenzel O., Naujok P., Müller R., Shestaeva S., Steglich M., Schulz U., Kaiser N., Tünnermann A. AZO/Ag/AZO transparent conductive films: correlation between the structural, electrical, and optical properties and development of an optical model. Optical Materials Express. 2016. V. 6. № 10. P. 3217–3232
14. Saravanan P., Gnanavelbabu A., Pandiaraj P. Effect of Pre-Annealing on Thermal and Optical Properties of ZnO and Al-ZnO Thin Films. International Journal of Nanoscience. V. 16. № 3. P. 1760017.
15. Pung S.-Y., Choy K.-L., Hou X., Shan C. Preferential growth of ZnO thin films by the atomic layer deposition technique. Nanotechnology. 2008. V. 19. P. 435609.
16. Скутин Е.Д. Моделирование кинетики температурно-программированной десорбции воды с поверхности полупроводников n-GaAs (100) и n-GaP(100) // Журнал технической физики. 2009. Т. 79. № 5. С. 101–108.
17. Абдуев А.Х., Ахмедов А.К., А. Асваров Ш., Зимин А.М., Серушкин С.В. Исследование процессов магнетронного синтеза многослойных структур на основе системы ZnO-SnO2 // Материалы XV Междунар. конф. «ВакуумТехЭкспо- 2020». Москва. МВЦ «Крокус Экспо» 27–29.10.2020, С. 79–84.
18. Abduev A., Akhmedov A., Asvarov А. The formation of nanoparticles, ceramics, and thin films of ZnO in the environment of zinc vapor. J. Phys.: Conf. Ser. 2011. V. 291. P. 012039.