Высокоскоростной синтез тонких пленок LiPON термическим испарением Li3PO4 в азотной плазме

Abstract

Тонкие пленки литий-проводящего ионного электролита LiPON перспективны для создания полностью твердотельных литий-ионных микробатарей. Однако наиболее распространенный метод получения таких пленок ВЧ магнетронным распылением имеет низкую производительность. Для увеличения скорости синтеза тонких пленок LiPON, мы использовали метод анодного испарения ортофосфата лития в азотной плазме дуги низкого давления. Показано, что анодное испарение Li3PO4 в дуге сопровождается интенсивным разложением паров Li3PO4, которое приводит к увеличению концентрации свободных атомов лития, как в плазме дуги, так и в объеме пленки. Высокая диффузионная подвижность атомов лития в пленки и их взаимодействие со свободными атомами кислорода, которые возникают в результате замещения атомами азота в структуре LiPON, способствуют образованию в растущей пленки включений с составом, отличным от состава LiPON. Этот эффект затрудняет получение однофазных LiPON пленок с однородной структурой и ухудшает ионную проводимость пленок. Предложен метод непрямого накала тигля с Li3PO4, который уменьшает взаимодействие плазмы разряда с плотным паром вблизи поверхности расплава. Представлены результаты измерения элементного состава пленок и их структуры. Снижение степени разложения паров позволило повысить скорость испарения Li3PO4 и получить LiPON пленки с ионной проводимостью до 2·10-6 (Ом·cм)-1 при скорости осаждения пленки до 15 нм/мин