铟锡氧化物导电薄膜RF溅镀法制备及鉴定

銦錫氧化物導電薄膜RF濺鍍法製備及

鑑定

1.目的

以RF濺鍍法(Radio Frequency Sputtering Deposition)製備銦錫氧化物導電薄膜，並對其進行鑑定。

2.原理

自從1968年荷蘭Philips公司之Boort和Groth在銦化物表面上噴灑氯化錫液體，而得到3 × 10-4Ω．㎝以之低電阻係數的透明導電薄膜後，ITO薄膜之研究就一直被熱烈的討論著。

ITO，銦錫氧化物，這個名詞原本應該叫做Tin-doped Indium

Oxide，即摻雜錫之銦氧化物。一些人簡稱它叫Indium Tin Oxide （ITO），使之成為共通語言。

銦錫氧化物（ITO）薄膜，由於其極佳的導電特性（電阻係數可至2 × 10-4Ω ．㎝下，約為最佳導體銀金屬之100倍），及高可見光之透過性（圖2.2）及高紅外光之反射性（圖2.3），一直是學術界及工業界積極探討之對象。透明導電薄膜可以應用於許

多包括透明加熱元件（transparent heating element )、抗靜電( anti-static )膜、電磁波防護( electromagnetic-shield ) 膜、太陽能電池之透明電極、防反光塗佈( anti-reflection )及熱反射鏡(heat reflecting mirror)等電子、光學及光電裝置上。

目前ITO薄膜主要被使用於液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）之透明導電電極材料上;但由於上述之光學特性未來具有被當作省能源用之熱線反射膜塗佈在門窗之玻璃上。日本為當前世界最大ITO薄膜製造國，其產量隨著LCD的成長，已由1985年之100萬平方米，增至1991年之1000平方米；未來隨著LCD 及其他顯示器（如electroluminescent display）之持續成長以及熱線反射玻璃之應用，其發展潛力及重要性將不容忽視。

ITO薄膜之優良導電特性主要來自於錫的摻雜( Tin-doping )及氧的空位( oxygen vacancy )兩種帶電載子( charge carrier)之存在而大幅提昇其導電度。ITO薄膜中，銦錫氧化物因錫的摻雜，而使得其晶格中部份位置之銦原子被取代。由於錫之價電子比銦多1，當每個錫取代銦，便可多放出一個電子，因此錫以n-type donor的方式來提高銦錫氧化物之導電性。氧的空位在ITO薄膜中，因晶格氧的位置沒有填補，而使得該鍵結之兩個電子釋出形

成自由電子，因此氧的空位亦以n-type donor的方式來提高銦錫氧化物之導電性。

ITO薄膜之導電度，在少量錫摻雜時，導電度因電荷carrier濃度之增加而增加；但在錫摻雜量加大時，因銦氧化物（In2O3）晶格構造扭曲變大，使得電荷carrier之移動度（mobility）變小而降低導電度。另外，隨著氧的空位濃度降低（即帶電載子之數量減少），ITO薄膜之導電度亦隨之下降。而氧空位之濃度與製程中的許多操作變數，如加熱溫度有關、加熱時間、加熱氣氛等息息相關。由此可見ITO薄膜之特性，會隨著錫摻雜量之多寡及製造程序之條件不同而變。

ITO薄膜製造法，目前有真空蒸鍍法（vacuum evaporation）、濺鍍法（sputtering）、化學蒸鍍法（chemical vapor deposition）及使用溶膠-凝膠程序之浸漬塗佈法（dip coating）等；但目前工業界製造ITO薄膜仍以濺鍍法為主。

濺鍍法是利用電漿所產生的離子，藉著離子對被濺鍍物體電極(electrode)(濺鍍靶)的轟擊(bombardment)，使電漿內的氣相內具有欲鍍物的粒子(如原子)，沉積到到介質上形成薄膜。圖一顯示一個DC電漿的陰極電板遭離子轟擊的情形。脫離電漿的帶正電

荷離子，在暗區的電場加速下，將獲得極高的能量。當離子與陰極產生轟擊之後，基於動量轉換(momentum transfer)的原理，離子轟擊除了會產生二次電子外，還會把電極板表面的原子給”打擊”出來，這個動作，我們稱之為”濺擊”(sputtering)。這些被擊出的電極板原子在進入電漿裡面後，利用諸如擴散等方式，傳遞到晶片的表面，經由吸附的作用而沉積形成薄膜。這種利用電漿獨特的離子轟擊，稱之為”濺鍍”(sputtering deposition)。

本實驗將利用RF濺鍍法製備ITO薄膜，並對其進行鑑定。

3.儀器設備及藥品材料

RF真空濺鍍反應器銦錫氧化物靶

氬氣高溫爐四點探針儀

四、操作步驟

(一).前置作業

1. 開冷卻水及所有的Power

2. 檢查所有的閥均是關閉的

3.Shutter是關閉的

1.通風櫥打開抽氣

(二).操作

1.啟動MP1,再開精抽閥,再啟動Diffusion Pump(DP)（需暖機30

分鐘）

2. 啟動機械Pump(MP2)，《此時Ion Gauge一定要是關閉的》

3. 啟動粗抽閥(CV)

4.開壓力面版，待腔體在10-3torr後（確定此時Diffusion Pump 暖機完成,且Diffusion Pump內壓力亦為10-3torr後）,再關CV

5.開主閥(MV)

1.開Ion Gauge(啟動Filament)

7.Filament至10-6torr後，《關MV後再關Filament》

(三).參數設定

1. 調整Ar的流量《先開流量調節閥 再調整CV,須注意真空度》

2.設定加熱溫度，啟動加熱(Heater)

1.Rotation on

2.開RF Power Supply

3.先將瓦數設定比參數值低一點，預鍍數分鐘

4.將瓦數調至參數值

5.開Shutter,開始濺鍍

(四).取樣品

1.Power Supply off

2.Heater off

3.Rotation off

4.Close all valve

3. 開Vent(V3)