The properties of some reactively sputtered metal oxide films

Abstract

Some of the recent applications of reactively sputtered metal oxide films for electrical and optical purposes are described. A series of conducting oxides approximating to the compositions cadmium oxide (CdO), tin oxide (SnO2), indium oxide (In2O3) and iron oxide (Fe3O4) have been prepared and their respective properties are discussed in relation to their use transparent conducting coatings on glass windows. It is shown that the electrical conductivity of sputtered cadmium oxide films decreases as the degree of oxidation of the deposit rises. The conductivity of a highly oxidised deposit can be greatly increased by heating the film in air to cause a partial dissociation of the oxide. Cadmium oxide films of the highest conductivity may also be produced directly by careful control of the glow discharge and residual gas mixture during sputtering. The method of preparing gold films of compact structure by using bismuth oxide substrates due to Preston and Gillham2 has been investigated, and their results confirmed. Gold films of 100 Å thickness on bismuth oxide are shown to have a low resistivity (10 ohm per square) and a high optical transmission (75 per cent.). Values of the resistivity and temperature coefficient of resistance of gold-films on bismuth oxide are given for films 20/400 Å thick in the temperature range 15/150°C. It is shown that the temperature coefficient decreases with the film thickness and can be related to a rise in the resistivity of the deposit. The optical transmission and resistivity of typical coatings of each of the above materials are given in tabular form. Une desciption est faite des applications récentes à l'électricité et l'optique de la formation de films d'oxydes métalliques déposés par projection cathodique réactive. On a formé une serie d'oxydes conducteurs, CdO, SnO2, In2O3 et F3O4. Une étude est faite sur leurs propriétés respectives en tant que revêtements conducteurs et transparents pour vitres. On montre que la conductivité des films d'oxyde de cadmium déposés par projection cathodique décroit lorsque le degré d'oxydation du dépôt augmente. La conductivité d'un dépôt fortement oxydé peut être augmentée considérablement par chauffage du film dans l'air pour donner lieu à une dissociation partielle de l'oxyde. Des films d'oxyde de cadmium de très grande conductivité peuvent aussi être formés directement par un contrôle sévère de la décharge ionisante et du mélange de gaz résiduel pendant la projection cathodique. La méthode consistant à préparer des films d'or de structure compacte en se servant d'un support d'oxyde de bismuth, méthode due à Preston et Gillham, a été soumise à investigation et ses résultats confirmes. On montre que des films d'or de 100 Å déposés sur de l'oxyde de bismuth ont une faible résistivité (10 ohm par carré) et un pouvoir de transmission élevé (75%). Les valeurs de la résistivité et du coefficient de température des films d'or sur de l'oxyde de bismuth sont donnés pour des films de 20–400 Å et pour des températures allant de 15 à 150°C. On montre que le coefficient de température décroit avec l'épaisseur du film, le qui peut être rattaché à une augmentation de la résistivité du dépôt. Le pouvoir de transmission optique et la résistivité des principaux dépôts de chacune des matières citées ci-dessus est donné sous forme de tableau.