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Degradation of zinc oxide thin films in aqueous environment: Part I – Bare Films

2001; Wiley; Volume: 52; Issue: 11 Linguagem: Alemão

10.1002/1521-4176(200111)52

1521-4176

L. De Rosa, N. Perugini, D. B. Mitton, Tullio Monetta, F. Bellucci, J. Špringer,

Ga2O3 and related materials

As their optical, electrical, and electrochemical properties can be modified, zinc oxide thin films are employed as optically transparent conductors in the production of many different microdevices. Although microdevices are generally encapsulated for protection from aggressive environment, the zinc oxide thin films can still degrade with a resultant decrease in device performance. The investigation of the mechanism of degradation for these films is, therefore, of significant interest in prolonging the lifetime of many electronic devices. In this paper, the behaviour of bare zinc oxide thin films produced by magnetron-sputtering (MS-ZnO) and exposed to aqueous aerated 3.5% NaCl at 25°C was investigated. Scanning Electron Microscopy (SEM), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and DC measurements were employed to study the degradation mechanisms of two sputtered-ZnO films having different microstructures. The experimental tests were primarily focused on defining the relationship between microstructure and the degradation rate of the ZnO thin films. Due to the development of moisture induced microfractures in the ZnO films, a two stage mechanism was suggested. Two different equivalent electrical circuits are, thus, proposed to interpret the EIS data at different stages in the degradation. The parameters of the equivalent network were related to degradation development, the change of degradation mechanism and the extent of microfracture in the film. Degradation von dünnen Zinkoxidfilmen in wässriger Umgebung: Teil I – Ungeschützte Filme Zinkoxidschichten werden wegen ihrer besonderen optischen, elektrischen und elektrochemischen Eigenschaften für wichtige Funktionen verschiedener elektronischer Komponenten als transparente leitfähige Schichten eingesetzt. Obwohl solche Komponenten im allgemeinen zum Schutz gegen Umwelteinflüsse verkapselt sind, hat es sich gezeigt, dass diese Schichten degradieren können und damit die Funktion des Geräts beeinträchtigt werden kann. Die Untersuchung der Degradationsmechanismen ist daher von großem Interesse für die Verlängerung der Lebensdauer dieser Geräte. In der vorliegenden Arbeit wurde das Verhalten von ungeschützen Zinkoxidschichten, die mit dem Magnetronsputterprozess hergestellt wurden, unter dem Einfluss von luftgesättigter, 3,5%iger wässriger Kochsalzlösung untersucht. Rasterelektronenmikroskopie (REM), Elektrochemische Impedanzspektroskopie und DC-Messungen wurden angewandt, um den Degradationsmechanismus von zwei gesputterten ZnO-Schichten aufzuklären. Die Untersuchungen waren vor allem auf den Zusammenhang zwischen Mikrostruktur und Alterungsgeschwindigkeit der ZnO-Schichten konzentriert.