银离子辐照对锡酸锌薄膜结构与光电性能的调控机制研究

《Radiation Physics and Chemistry》：Effect of ion irradiation on the properties of zinc stannate films

本文系统研究了120 MeV Ag9+离子辐照对射频溅射法制备的锡酸锌（ZTO）薄膜性能的影响。通过掠入射X射线衍射（GIXRD）和原子力显微镜（AFM）分析表明，辐照导致薄膜从晶态向非晶态转变，表面粗糙度从16.95 nm增至27.90 nm。薄膜在可见光区保持75%-90%的高透光率，但电阻率因晶格缺陷引入而显著下降，为透明导电氧化物（TCO）材料的性能优化提供了新思路。

　　

结果与讨论

通过掠入射X射线衍射（GIXRD）对锡酸锌（ZTO）薄膜的分析结果如图1所示。原始薄膜包含SnO₂和Zn₂SnO₄两相，其衍射峰分别与面心立方结构的Zn₂SnO₄（空间群F4?3m，JCPDS: 00-024-1470）和四方金红石结构的SnO₂（空间群P4₂/mnm，JCPDS: 01-088-0287）标准数据吻合。辐照后，薄膜的尖锐衍射峰消失，表明快速重离子（SHI）辐照诱导了晶态向非晶态的转变。

薄膜表面形貌的变化可通过原子力显微镜（AFM）进一步揭示。辐照后薄膜的平均表面粗糙度显著增加，从原始膜的16.95 nm上升至27.90 nm，这可能是由于离子轰击导致晶格重排和缺陷聚集所致。

光学性能测试显示，薄膜在可见光区（400-800 nm）的透光率维持在75%-90%之间，但随着辐照注量增加至5×10¹²ions/cm²，透光率出现轻微下降。电学测量表明，辐照引入的晶格缺陷（如空位和间隙原子）显著降低了薄膜的电阻率，这为调控透明导电氧化物（TCO）的导电性能提供了新途径。

结论

采用120 MeV Ag⁹⁺离子对射频溅射制备的ZTO薄膜进行辐照，发现原始薄膜中的SnO₂和Zn₂SnO₄两相在辐照后发生非晶化。表面粗糙度随辐照注量增加而上升，透光率在可见光区仍保持较高水平，但电阻率因缺陷引入而明显下降。该结果揭示了离子辐照在调控TCO材料结构与电学性能方面的潜力。