控溅射法低温制备ITO透明导电薄膜工艺研究

表 1-1 透明导电膜材料
薄膜种类
薄膜材料
金属材料 氧化物半导体薄膜 导电性氮化物薄膜 导电性硼化物薄膜
Au，Ag，Pt，Cu，Rh，Pd，Al，Cr In2O3，SnO2，ZnO，CdO，TiO2，CdIn2O4，
Cd2SnO4，Zn2SnO4 TiN，ZrN，HfN
LaB4
如表 1-1 所示，透明导电膜材料主要有金属膜系、氧化物膜系、其他化合物 膜系、高分子膜系、复合膜系等。金属膜系导电性能好，但是透明率差。半导体 薄膜系列刚好相反，导电性差，透过率高。当前研究和应用最为广泛的是金属膜 系和氧化物膜系。典型的透明导电氧化物薄膜有 ITO（锡掺杂三氧化铟）、AZO （氧化锌掺铝）、GZO（氧化锌掺杂镓）、FTO 等。这些氧化物半导体的能隙都 在 3eV 以上，所以可见光(约 1.6～3.1eV)的能量不够把价带(valence band)的电子 激发到导带，只有波长在 350～400nm(紫外线)以下的光才能激发价带的电子到 导带，则在可见光范围中不会发生由电子在能带间迁移而产生光吸收，所以它们 对可见光是透明的。
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中南民族大学硕士学位论文
第1章 绪 论
1.1 透明导电膜的种类及特点
1.1.1 透明导电薄膜的种类及应用
透明导电薄膜是一种既能导电又在可见光范围内具有高透过率的薄膜，具体 指对可见光（波长 380～780nm）的光透射率高、电阻率在 1×10-3Ω·cm 以下的薄 膜。一般情况下，透明意味着材料禁带宽度大（3eV）、自由电子少。另一方面， 电导率高表示材料中自由电子多（1×1019cm-3 以上），自由电子像金属中的自由 电子一样振荡，以至于不透明。只能同时满足这两个条件的材料才能用来做透明 导电薄膜[1]。
本文针对低温下沉积 ITO 薄膜的工艺条件进行了摸索。利用紫外可见分光 光度计、四探针、X 射线衍射仪对薄膜性能进行了表征。
1、用射频溅射方法在普通玻璃基片上制备 ITO 薄膜，详细讨论了不同工艺 条件对薄膜的光学和电学性能的影响。通过实验得到最优工艺条件为基片温度 110℃，氧流量 0.06sccm，溅射功率 60W,工作气压 0.2Pa，靶基距为 50mm。最 优条件下透过率为 80.27%，面电阻为 35Ω/□。
中南民族大学 硕士学位论文 控溅射法低温制备ITO透明导电薄膜工艺研究 姓名：门智新 申请学位级别：硕士 专业：等离子体物理 指导教师：何翔
2011-05
中南民族大学硕士学位论文
摘要
氧化铟锡（ITO）是一种宽禁带、高掺杂的 n 型半导体，广泛应用于各种显 示屏幕的透明电极中。大多数研究者都关注于在 200～400℃的基底温度下制备 多晶 ITO 薄膜，研究其工艺，优化其光学和电学性质。然而，针对便携式显示 屏的应用来说，由于基材不耐高温，只能在低温下沉积 ITO 薄膜，所以本文分 别 采 用 射 频 和 直 流 磁 控 溅 射 方 法 ， 使 用 高 纯 度 （ 99.99% ） 的 ITO 陶 瓷 靶 （wt.90%In2O3+wt.10%SnO2）靶材,在普通载玻片和有机材料聚对苯二甲酸乙二 醇酯（polyethylene terephthalate, PET）上制备了 ITO 透明导电薄膜。
2、选择上述实验中得到的低温下制备 ITO 薄膜的最优工艺条件，用射频磁 控溅射方法在 PET 有机基底上镀制 ITO 薄膜。方阻 36Ω/□和平均透过率 77.83%。
3、采用直流磁控溅射方法与射频磁控溅射方法在低温下制备了 ITO 薄膜， 并进行了对比研究，结果表明：所制备的 ITO 薄膜，无论是条件控制难易程度 上还是所得薄膜的光电性能，射频磁控溅射方法均优于直流磁控溅射方法。
2、The selected optimal conditions in the above experiment, ITO films were prepared by RF sputtering on organic PET substrate coated ITO film. The result is an average transmittance of 77.83% and sheet resistance 36Ω/□.
关键字：透明导电薄膜；ITO；磁控溅射；透过率；面电阻；
I
磁控溅射法低温制备 ITO 透明导电薄膜工艺研究
Abstract
Indium tin oxide (ITO), which is a kind of wide band gap and highly doped n-type semiconductor, is widely used as transparent electrode of various display screen. Most researchers focus on the preparation of polycrystalline ITO thin films with the substrate temperature at 200~400 ℃, to study the process and optimize their optical and electrical properties. However, for portable display applications, the substrate can not be high temperature, but only be deposited ITO films at low temperatures, so in this paper, RF and DC magnetron sputtering methods were used to prepare ITO transparent conductive films on the ordinary glass slide and organic material polyethylene terephthalate (polyethylene terephthalate, PET), with high purity (99.99%) of the ITO ceramic target (wt.90% In2O3 + wt.10% SnO2) targets.
In this paper, the conditions of ITO thin films, deposited at low temperature, were explored. Thin films were measured by UV-visible spectrophotometer, four-point probe and X-ray diffraction, respectively.
1、ITO films were prepared by RF sputtering on glass substrates, different processing conditions on the optical and electrical properties are discussed in detail. Optimal conditions obtained by experiment is the substrate temperature 110 ℃, the partial pressure of oxygen 6‰, sputtering power 60W, working pressure 0.2Pa, target substrate distance 50mm. Under the optimal conditions the result is the transmittance 80.27%, surface resistance 35Ω/□.
Baidu Nhomakorabea
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surface resistance;
III
中南民族大学
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4、A simple method of measuring film thickness is applied to ITO film thickness measurement, and measurement results were compared with that by a probe profiler.
透明导电氧化物(TCO)薄膜在当今光电子行业中起着重要的作用，比如太阳 能电池(solar cell)、液晶显示器(LCDs)、等离子体显示屏(PDPs)、有机发光设备
II
中南民族大学硕士学位论文
The results show that measurement of the thickness of the method is simple, the error is several tens of nanometers.
In summary, in this paper, ITO thin films were prepared by RF magnetron sputtering method at low temperature, high-quality film is obtained as 80.27% transmittance and surface resistance of 35Ω/□. And try on flexible substrates in the coating, only the initial success, the results of an average transmittance of 77.83% and surface resistance 36Ω/□. Keywords: transparent conductive film; ITO; magnetron sputtering; transmittanc;
3、ITO films prepared by DC magnetron sputtering and RF magnetron sputtering at low temperature were compared, the results show that for ITO films prepared by magnetron sputtering, both in control conditions, or from film on the degree of difficulty Optical and electrical properties, the RF magnetron sputtering method is superior to DC magnetron sputtering.
4、使用了一种简单的干涉膜厚测量方法测量了制备的 ITO 膜厚，并与探针 轮廓仪的测量结果进行了对比。结果表明，这种测量厚度的方法简单可行，误差 为几十纳米。
综上所述，本文利用射频磁控溅射方法在较低温度下制备了 ITO 薄膜，得 到了透过率为 80.27%，面电阻为 35Ω/□的优质薄膜。并尝试了在柔性基底上镀 膜，也获得初步成功，其平均透过率 77.83%，面电阻 36Ω/□。