Seite - 150 - in Photovoltaic Materials and Electronic Devices

Materials  2016,  9,  63  4  of  12    Figure  1.  XRD  pattern  for  ITO  films  deposited  under  different  oxygen  ambient  conditions  and  etched  for  1,  3,  5  and  8  min:  (A)  0  sccm  oxygen;  (B)  0.4  sccm  oxygen;  (C)  1.0  sccm  oxygen.  Argon  flow  rate  was  maintained  at  10  sccm  for  all  materials.  In  addition  to  that  the  peak  shown  at  (222),  (400)  and  (440)  reflections  are  indexed  to  be  cubic  indium  oxide  (JCPDS  No:  06‐0416)  [40].  All  the  films  have  a  polycrystalline  nature  with  stronger  (222)  reflection.  No  other  tin  phases  could  be  identified  from  the  cubic  indium  tin  oxide.  Normally  the  30%  of  Sn  is  needed  to  exhibiting  the  SnO2  diffraction  lines  in  ITO.  The  (222)  and  (400)  plane  is  ascribed  for  oxygen  efficient  and  deficient  nature  of  ITO  films  [41].  The  effect  of  the  oxygen  flow  rate  on  the  peak  intensity  of  the  ITO  films  is  clearly  shown  in  the  XRD  spectrum.  There  is  a  general  increase  in  the  peak  intensities  with  increased  oxygen  flow  rate.  Similarly  the  reflections  such  as  (211),  (400)  and  (440)  are  due  to  the  minimum  oxygen  concentration  in  the  sputter  chamber.  These  planes  are  absent  in  the  XRD  pattern  of  ITO  film  processed  in  an  oxygen‐rich  (1.0  sccm)  environment.  There  is  a  strong  evidence  that  for  the  highest  oxygen  ambient  (1.0  sccm),  (222)  is  the  preferred  growth  orientation  for  RF  sputter  deposited  ITO  films.  Varying  the  oxygen  concentration  will  result  in  changing  the  preferred  growth  orientation  of  the  films  to  other  crystal  lattice  planes  such  as  the  (211),  (400)  or  (440).  The  intensity  ratios  are  strongly  dependent  on  the  critical  level  of  In3+  and  O2−  pairs  and  the  pairs’  density  is  different  for  different  etching  periods  of  time  [42].  The  presence  of  high  oxygen  concentration  induce  the  In‐O  bonding  networks  formation  and  promote  growth  of  the  (222)  crystal  lattice  planes.  During  the  etching,  ITO  films  are  reduced  to  In–Cl  and  In‐(NO3)3  resulting  in  the  change  in  crystallinity  of  films  etched  for  different  periods  of  time.  The  structural  parameters  such  as  d  spacing,  lattice  constants,  net  lattice  distortion  and  grain  sizes  are  estimated  and  listed  in  Table  1  in  comparison  to  data  from  the  Joint  Committee  on  Powder  Diffraction  Standards  (JCPDS)/International  Centre  for  Diffraction  Data  (ICDD)  database.  The  etching  process  also  distorts  the  ITO  structural  long  ‐  range  order,  which  has  an  impact  on  the  opto‐electronic  properties  of  the  films.  The  grain  size  of  films  did  not  change  even  after  etching  for  8  min.,  particularly  for  ITO  films  processed  in  an  oxygen  deficient  environment.  During  the  etching  process  the  excess  weakly  bound  oxygen  atoms  are  removed  from  the  ITO  surfaces  exposing  layers  with  different  grain  sizes.  The  ITO  structure  distortion  due  to  etching  for  longer  periods  of  time  (8  min)  can  be  seen  from  the  XRD  spectra  shown  in  Figure  1.  There  was  however  no  evidence  of  ITO  film  for  the  results  shown  in  Figure  1A  after  they  were  etched  for  8  min.  There  is  evidence  of  decreased  crystallinity  for  the  rest  of  the  ITO  films  (Figure  1B,C)  as  the  oxygen  atoms  are  stripped  from  the  In–O  network  by  the  HCl  and  HNO3.    Figure 1. XRD pattern for ITO films deposited under different oxygen ambient conditionsandetchedfor1,3,5and8min: (A)0sccmoxygen; (B)0.4sccmoxygen; (C) 1.0sccmoxygen. Argonflowratewasmaintainedat10sccmforallmaterials. In addition to that the peak shown at (222), (400) and (440) reflections are indexed t be cubic indium oxide (JCPDS No: 06-0416) [40]. All th films have a polycrystalline nature with stronger (222) reflection. No other tin phases could be identifi d from the cubic indi m tin oxide. Normally the 30% of Sn is needed to exhibiting the Sn 2 diffraction lines in ITO. The (222) and (400) plane is ascribed foroxygenefficientanddeficientnatureof ITOfilms[41]. Theeffectof theoxygen flowrateonthepeakintensityof theITOfilmsisclearlyshownintheXRDspectrum. There is a general increase in the peak intensities with increased oxygen flow rate. Similarlythereflectionssuchas(211), (400)and(440)areduetotheminimumoxygen concentration in the sputter chamber. These planes are absent in the XRD pattern of ITO film proces ed in an oxyg -rich (1.0 sc m) enviro me t. There is a strong evidencethat for thehigh s oxygenambient (1.0sccm), (222) is th pref rredgrowth orientationforRFsputterdepositedITOfilms. Varyingtheoxygenconcentrationwill result inchangingthepreferredgrowthorientationof thefilmstoothercrystal lattice planessuchas the (211), (400)or (440). The intensityratiosarestronglydependent on the critical level of In3+ and O2´ pairs and the pairs’ density is different for different etching periods of time [42]. The presence of high oxygen concentration inducetheIn-Obondingnetworksformationandpromotegrowthofthe(222)crystal latticeplanes. 150