Untersuchung des reaktiven Sputterprozesses zur Herstellung von ...
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88 4. Hoch leitfähige und hoch transparente ZnO:Al-Schichten mit hoher Depositionsrate<br />
line Struktur der ZnO:Al-Schichten nicht optimal, so dass die Ladungsträger verstärkt an den<br />
Korngrenzen gestreut werden. Bei einer Temperaturerhöhung oder Steigerung <strong>des</strong> Aluminiumangebots<br />
aus dem Target wird die Mikrostruktur verbessert und höhere Beweglichkeiten sind<br />
möglich. Viel Aluminium führt zu verstärkter Streuung an ionisierten Dotieratomen oder Ausscheidungen<br />
<strong>von</strong> Aluminiumoxid. Bei der Verwendung <strong>des</strong> Targets mit 4,7 at% Aluminium wird<br />
bis zu 8 at% Aluminium in die Schichten eingebaut und infolge<strong>des</strong>sen die Ladungsträgerbeweglichkeit<br />
auf weniger als 15 cm 2 /Vs reduziert.<br />
Ähnliche Abhängigkeiten wurden ebenfalls für nicht-reaktiv RF-gesputterte ZnO:Al-Schichten<br />
gefunden. [Agashe et al. (2004)]. Dort wird bei gleichen Sputterbedingungen <strong>von</strong> einer<br />
Zunahme der Kristallitgröße mit steigendem Aluminiumgehalt berichtet. Die Beweglichkeit<br />
konnte durch die Reduktion <strong>des</strong> Aluminiumgehaltes und die gleichzeitige Erhöhung der<br />
Substrattemperatur auf 48 cm 2 /Vs im Fall der nicht-reaktiv gesputterten ZnO:Al-Schichten<br />
bzw. auf 44 cm 2 /Vs für das hier vorgestellte reaktive Sputtern gesteigert werden. Während<br />
bei RF-gesputterten ZnO:Al-Schichten die Beweglichkeit für Depositionsraten oberhalb <strong>von</strong><br />
40 nm/min deutlich absinkt, wurden beim <strong>reaktiven</strong> MF-Sputtern Beweglichkeiten <strong>von</strong> mehr als<br />
40 cm 2 /Vs für fast zehn mal höhere Depositionsraten erzielt.<br />
Hohe Beweglichkeiten sind also nur bei niedrigem Aluminiumgehalt und einer gleichzeitig<br />
hohen Substrattemperatur <strong>von</strong> zum Teil mehr als 300 ◦ C möglich. Hohe Substrattemperaturen<br />
werden jedoch aus verschiedenen Gründen als prozesstechnisch kritisch angesehen.<br />
1. Die hohen Temperaturen und die damit auftretenden Temperaturgradienten stellen höhere<br />
Ansprüche an die Komponenten der Depositionsanlage. Außerdem kann durch die hohe<br />
Temperatur ein verstärkter Verschleiß auftreten. Weiterhin können thermische Verspannungen<br />
zu Verbiegungen <strong>von</strong> Substrathaltern oder Blendenblechen innerhalb der Depositionsanlage<br />
führen, so dass ein höherer Aufwand betrieben werden muss, um kritische<br />
Abstände einzuhalten und Probleme beim Transport <strong>des</strong> Substrates zu verhindern.<br />
2. Das Aufheizen großer Substrate muss homogen und mit geringen Temperaturgradienten<br />
erfolgen, um Glasbruch vorzubeugen. Daher ist die Aufheizrate begrenzt, so dass längere<br />
Aufheizphasen und damit bei gleicher Produktionskapazität größere Anlagen notwendig<br />
sind.<br />
3. Beim <strong>reaktiven</strong> Sputtern <strong>von</strong> Zinkoxid ist ein zusätzlicher Effekt zu berücksichtigen. Bei<br />
Substrattemperaturen oberhalb <strong>von</strong> 150 ◦ C geht metallisches Zink in die Gasphase über.<br />
Daher wird die Depositionsrate unter bestimmten Depositionsbedingungen abgesenkt. Zusätzlich<br />
kondensiert das verdampfte Zink auf allen kalten Oberflächen, und könnte so auch
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