ITO薄膜研究现状及应用2.doc

铟锡氧化物薄膜研究现状及应用 摘　要：介绍了铟锡氧化物( ITO)薄膜的特征,主要生产工艺及其在汽车、宇航、建筑、电 子、太阳能等领域的应用。并对该材料生产工艺及产品市场的发展前景进行了展望。 关键词：铟锡氧化物薄膜;特性;生产工艺;应用;展望 铟在自然界是稀散金属,在矿床中常与锡伴生,全世界年产铟约150吨,我国年冶炼铟可达50吨,是铟资源大国。然而我国金属铟主要供外销,对其高技术产品的深加工尚处于起步阶段。使铟资源增值、合理利用铟资源的重要途径之一是生产铟锡氧化物( ITO)靶材。初步估算每吨铟制靶可增值1155美元。靶材是用作镀膜的材料,因此ITO靶材的应用就须从ITO膜应用出发[1]。铟锡氧化物( ITO)薄膜具有一系列独特性能,如可见光透过率高达95%以上;对紫外线其吸收率≥ 85% ; 对红外线其反射率≥ 70% ;对微波其衰减率≥ 85% ; 导电性能和加工性能良好;膜层硬度高且既耐磨又耐化学腐蚀等等。因此,用ITO薄膜作为透明电导膜,已获得广泛应用,特别是用作透明电极的ITO,其需要量迅速增加。现在ITO 是铟的最大市场,估计将来还会继续增长。随着液晶的开发和实用化的进展, ITO将广泛用于液晶显示装置如电视机、钟表、个人计算机的显示面板及太阳能电池等方面。电极材料除使用ITO外,也使用锑锡氧化物( ATO)和镉锡氧化物( CTO)但这些材料的电阻高、强度大。液晶厂家认为, ITO是所需特性均能得到满足的最佳材料,目前还无其他材料可取而代之[2 ]。 2　生产工艺 目前生产ITO 薄膜的方法有物理气相沉积( PV D)中的电子束( EB)蒸发与磁控溅射、高密度等离子体增强( HDPE)蒸发与低压直流溅射( DCSP)技术,以及属于化学气相沉积( CVD)范畴的原子层处延( ALE)技术等。这些技术现都得到了相应的发展,特别是PV D各种新技术沉积的ITO薄膜已达到产业化应用的要求; ALE生长的ITO薄膜的电阻率也达到商品化应用水平(～ 10- 4Ω·cm )。总之,ITO薄膜透明导体的研制与开发正沿着高技术材料产业化方向进行,前景十分广阔。 2. 1　PVD沉积 采用PVD 技术有EB 蒸发、HDPE 蒸发和DCSP溅射等,沉积出较高质量的ITO薄膜透明导体材料。 2. 1. 1　EB蒸发工艺 EB蒸发技术一般被选作ITO薄膜沉积的参照工艺,因为该技术没有高能入射粒子轰击生长面的问题。在沉积时,源材料由电子束聚焦而被加热、蒸发并随即沉积于衬底上,从而生成ITO薄膜。在此技术中,生长面处的最大分子热能为0. 2～ 0. 3eV。EB工艺能在较低的沉积温度(即350℃衬底温度下)沉积出低阻ITO薄膜。但沉积温度低于350℃ ,则沉积出的ITO薄膜电阻率太高,以致不能作为透明导体材料使用。 2. 1. 2　DCSP溅射工艺 低压直流溅射沉积ITO薄膜材料技术,是在200℃ 至400℃的玻璃衬底上,以含SnO2 10% (质量的烧结ITO 陶瓷为靶材料,在总压力为0. 13Pa 的99%氩和1%氧的混合气体以2nm /秒的沉积速率进行的。阴极电压保持在380V ,这表明赋予入射到生长面上的带电粒子的最大能量为380eV。此工艺在200℃ 衬底温度下沉积出的ITO薄膜电阻率、载流子浓度和霍尔迁移率分别为2. 7× 4- 4Ω·cm、6. 8× 1020 /cm3和34cm2 /( V ·秒)。 2. 1. 3　HDPE蒸发工艺 HDPE蒸发沉积低阻ITO薄膜透明导体材料,是在50%氩和50%氧(总压力为0. 1Pa)的混合气体中、衬底温度为200℃的条件下生产的。源材料用弧光放电法蒸发以提供等离子体,生成高能粒子入射到生长面上,从而生长ITO 薄膜。HDPE反应室内装有电弧等离子体发生器(阴极)和盛有含4% (质量) SnO2的烧结ITO 材料的坩埚(阳极) ,并用磁场控制使在阴极和阳极之间保持电弧放电。每个发生器的放电电流应保持在250A,在电弧等离子体中气体的电离比率为20%～ 40% ,并且离子、电子和活化中性粒子等密度均高于常规溅射过程中的情况。带正电荷的氩离子和铟离子被加速到具有大约20eV动能的生长面上。这表明HDPE技术中轰击生长面的离子能量居于DCSP和EB之间。用HDPE工艺沉积的ITO薄膜的电阻率,载流子浓度和霍尔迁移率分别为1. 8× 10- 4Ω·cm、1. 4× 1021 /cm3和25cm2( V·秒)在上述三种ITO薄膜沉积技术中,采用的衬底均为非晶SiO2涂层的钠钙玻璃,所制的薄膜厚度为200～ 400nm,且均已进行商品化生产[3]。 2. 2　CVD沉积-ALE生长 属于CVD范畴的ALE技术,其特点是能控制ITO薄膜生长,因