ITO透明导电薄膜的制备方法及研究进展

ITO透明导电薄膜的制备方法及研究进展

作者：江自然， JIANG Zi-ran

作者单位：中南大学材料科学与工程学院,湖南,长沙,410083

刊名：

材料开发与应用

英文刊名：DEVELOPMENT AND APPLICATION OF MATERIALS

年，卷(期)：2010，25(4)

被引用次数：0次

1.姜辛.张超.洪瑞江.戴达煌透明导电氧化物薄膜 2008

2.王树林ITO薄膜的制备及性能研究 2004

3.李世涛透明导电ITO及其复合薄膜的研究 2006

4.王树林.夏冬林ITO薄膜的制备工艺及进展 2004(5)

5.茅昕辉.陈国平.陈公乃直流磁控反应溅射沉积ITO透明导电膜的研究 1995(1)

6.张树高.黄伯云.方勋华ITO薄膜的半导化机理、用途和制备方法 1997(4)

7.赵俊卿.马瑾.李淑英有机薄膜衬底ITO透明导电膜的结构和光电特性 1998(10)

8.李晶ITO透明导电薄膜的溶胶凝胶制备及工艺研究 2004

9.沈军.王珏.吴广明化学法制光学薄膜及其应用 2002(5)

10.秦利平溶剂热法制备ITO(铟锡复合氧化物)纳米粉体及其性能研究 2007

11.张聚宝.翁文剑.杜丕一.赵高凌.张溪文.沈鸽.韩高荣喷雾热分解法玻璃镀膜 2002(2)

12.Toshiro Maruyama.Kunihiro Fukui Indium tin oxide thin films prepared by chemical vapor deposition 1991(2)

13.职利ITO薄膜的水热法制备与性能研究 2006

14.钟毅.王达键.刘荣佩铟锡氧化物(ITO)靶材的应用和制备技术 1997(1)

15.陈飞霞.付金栋.韦亚兵.赵石林纳米氧化铟锡透明隔热涂料的制备及性能表征 2004(2)

16.段学臣.杨向萍新材料ITO薄膜的应用和发展 1999

17.刘世友铟锡氧化物薄膜的生产现状与应用 1997(2)

18.孙良彦.刘正绣常温振荡式CO气敏元件的研制 1995(1)

19.陈猛.白雪冬.闻立时In2O3:Sn (ITO) 薄膜的光学特性研究 1999(9)

20.马瑾.李淑英.马洪磊有机薄膜衬底ITO 透明导电膜的制备及光电特性的研究 1998(2)

1.学位论文李晶ITO透明导电薄膜的溶胶凝胶法制备及工艺研究2004

本研究以五水铟为源物质,以乙酰丙酮为溶剂,以无水氯化锡为掺杂剂,采用溶胶凝胶工艺,用提拉法在普通玻璃和石英玻璃基体上制备了ITO透明导电薄膜.本试验采用XRD、SEM、FT-IR、四探针电阻率仪、紫外分光光度计等仪器对ITO透明导电薄膜的物相、表面结构、微区形貌和物理性能进行了测定;通过DTA-TG对薄膜从凝胶态向结晶态的转化过程进行了测定和分析;此外本试验重点研究了在ITO透明导电薄膜的溶胶凝胶法制备过程中,不同试验条件(提拉次数、提拉速度、热处理温度、冷却速度、不同玻璃基体)对薄膜的基本性质(导电性能和透光率)的影响;分析了试验现象,优化了试验条件.本研究结果表明:以五水铟为源物质,以乙酰丙酮为溶剂,以无水氯化锡为掺杂剂、采用溶胶凝胶工艺在玻璃基体上或在石英基体上制备ITO透明导电薄膜是完全可行的.所制备的ITO薄膜的晶体结构为立方锰铁矿结构,[111]为明显的择优取向,掺杂的Sn已完全溶解在In<,2>O<,3>的晶格中,看不到SnO或

SnO<,2>的特征谱线;ITO薄膜在热处理过程中脱去结晶水和有机组份,由凝胶态转化为结晶态,当温度超过530℃时,转化基本完成.试验表明:ITO薄膜的方电阻开始随In<'3+>的增加而降低,达到特定值后逐渐升高,当In<'3+>过量时会加速溶胶的水解过程,降低透光率.ITO薄膜的方电阻随Sn掺杂量的增加逐渐达到最小值,再增加Sn掺杂量薄膜的方电阻略有上升的趋势.ITO薄膜的方电阻随提拉次数的增加而降低,在3-21cm·min<'-1>的提拉速度范围内,薄膜提拉速度对薄膜导电性能影响不大.ITO薄膜的方电阻随热处理温度升高而降低,在600℃左右达到最小值;当对ITO薄膜进行快速冷却时,薄膜的方电阻显著下降.不同玻璃基体对薄膜方电阻的影响较大,但当镀层数增加时,这种影响逐渐变小.ITO薄膜的透光率随镀膜层数的增加而减少,薄膜随厚度的增加对光的吸收逐渐增加.当ITO薄膜处于干凝胶状态时具有最高的透光率,在薄膜从凝胶态向结晶态转变后透光率有所降低,并且在热处理过程中随热处理温度的增加而缓慢增加.Sn掺杂量对薄膜透光率的影响不大,随Sn掺杂量增加薄膜的透光率呈缓慢降低的趋势.ITO薄膜在进行快速冷却后具有较低的透光率,该现象在热处理温度较高和较低时表现的都不明显.产生该现象的原因是由于不同冷却速度影响了薄膜的晶粒度和表面粗糙度.

Lijun.Wang Dongxin.Chen Huanming ITO透明导电薄膜的研究进展-稀有金属快报2008,27(3)

介绍了ITO薄膜的基本特性和透明导电原理,综述了ITO薄膜主要的制备技术及其研究进展,并指出了不同制备方法的优缺点.还对ITO薄膜晶格常数畸变、载流子浓度上限和最佳掺杂量、红外反射率、光吸收边的移动等基础理论研究进展进行了归纳.今后,还需要在低温或室温ITO薄膜的制备、ITO薄膜的导电机理、纳米尺度ITO材料的特性等方面加强研究.

3.学位论文成立顺ITO透明导电薄膜的制备及其光电理论研究2009

本文通过溶胶-凝胶法和提拉工艺制备ITO薄膜。研究工作围绕ITO溶胶制备、薄膜成形及退火、薄膜结构与成分分析，以及薄膜光电性能表征等四个方面开展。利用热重-差热分析仪(TGA-DSC)绘制ITO凝胶的热重曲线，分析其相变过程，用X射线衍射(XRD)仪分析薄膜晶体的微观结构，用扫描电镜(SEM)及其附带的能谱仪(EDS)分析薄膜断口和表面的形貌及薄膜微区的化学成分，另外分别用四探针仪、紫外可见分光光度计对ITO薄膜的导电性和透光性进行表征。本文同时探讨了ITO薄膜光电性能的相关理论，包括ITO薄膜的晶体结构、能带结构、导电机理及薄膜与电磁波相互作用的理论。研究表明：
　　

(1)ITO凝胶是非晶物质，ITO透明导电薄膜是In2O3相、由40nm～150nm的颗粒组成的体心立方晶体。在300℃下退火，ITO薄膜的衍射峰不突出。在400℃下退火制备的薄膜，已经具有显著的铟锡氧化物衍射峰，但衍射峰较弱。400℃、500℃和600℃时的衍射峰，其位置和强度与标准立方晶系

(In1.94Sn0.06)O3的衍射图谱相一致，Sn作为掺杂剂已取代部分In进入In2O3的晶格中。
　　

(2)500℃下制备的薄膜，其(222)峰的晶面间距dhkl为2.9136nm，经计算，其晶格常数为1.0093nm，与In2O3的晶格常数1.0117nm相近。
　　

(3)ITO薄膜的光电性能受到溶胶性质、薄膜成形和薄膜退火中的各个工艺参数的影响。透明导电综合性能最佳的ITO薄膜制备参数为：以InCl3·4H2O为铟盐、乙二醇甲醚为溶剂、乙醇胺为添加剂([MEA]/[In]摩尔比为1.0)、SnCl4·5H2O为掺杂剂且[Sn]/[In]为10％，制备浓度为0.6mol/L的溶胶；提拉速度为20mm/min，在普通玻璃片上三次拉膜，150℃干燥15min，500℃退火30min。在该条件下制备的薄膜厚度为120nm、方阻为2.88KΩ/□，电阻率为

3.45×10-2Ω·cm，在λ=550nm，透光率达到93.4％。薄膜光电性能和工艺条件基本实现预期目标。

4.期刊论文李芝华.李晶.任冬燕ITO透明导电薄膜的溶胶凝胶法制备及结构表征-稀有金属与硬质合金

2004,32(4)

以五水铟和乙酰丙酮为原料,以无水氯化锡为掺杂剂,采用溶胶凝胶工艺,用提拉法在石英玻璃基体上制备了ITO透明导电薄膜.采用DTA-TG、XRD、SEM、四探针电阻率仪、紫外分光光度计等仪器对ITO透明导电薄膜的相转变过程、物相、表面结构、微区形貌和物理性能进行了测定和分析.结果表明:采用溶胶凝胶工艺在石英玻璃基体上制备ITO透明导电薄膜是完全可行的.ITO薄膜具有由多个粒子堆积而成的多孔微观结构,其晶体结构为立方锰铁矿结构,[111]为明显的择优取向,经过5次镀膜后其厚度在150 nm以下,薄膜的方电阻为110 Ω,其电阻率约为1.65×10-2 Ω*cm.薄膜的透光率在90%以上.

5.学位论文王敏溶胶-凝胶法制备In<,2>O<,3>:Sn(ITO)透明导电氧化物薄膜的研究2003

该文对用溶胶-凝胶技术制备的ITO薄膜进行了系统的分析和研究.该文用铟金属(In)和结晶四氯化锡(SnCl<,4>.5H<,2>O)作为原材料在玻璃基体上制备出了性能优异的ITO薄膜.文中分别对Sn掺杂量为5wt﹪、8wt﹪、10wt﹪、12wt﹪的ITO薄膜进行了光电性能分析,发现掺杂量约10wt﹪的ITO薄膜具有最好的光电性能,其方块电阻低于170Ω/□,可见光区的透射率大于88﹪.分析热处理温度对ITO薄膜的光电性能影响发现,ITO薄膜的方块电阻随着热处理温度的升高而不断减小;但是ITO薄膜的透射率随热处理温度的变化呈非单调的变化,在500℃时透射率存在一个峰值.文中还分别对在不同热处理时间条件下获得的ITO薄膜进行了光电性能分析,发现ITO薄膜的方块电阻随着热处理时间的延长显著增加;薄膜的透射率随着热处理时间的延长直线下降.因此,该文认为ITO薄膜的热处理时间不宜超过25分钟.

6.期刊论文陶海华.姚宁.辛荣生.边超.张兵临ITO透明导电薄膜的制备及光电特性研究-郑州大学学报(理学版)

2003,35(4)

论述了高温直流磁控反应溅射法制备ITO透明导电薄膜时氧分压、溅射气压和溅射电流等参数对其光电特性的影响.当氧分压、溅射气压和溅射电流过高或过低时,会导致金属In,InO,SnO和Sn3O4等物质以及晶体缺陷的生成,从而降低ITO薄膜的导电性或可见光透过率,甚至同时降低其光电性能.实验结果表明,当Ar流量为40.2cm3*min-1、温度为360℃和旋转溅射时间为90 min等参数保持不变时, ITO薄膜光电特性最佳溅射参数的氧流量为0.42cm3·min-1,溅射气压为0.5 Pa, 溅射电流0.3 A(溅射电压约为245 V),所得薄膜的方块电阻为5.7Ω、波长为550 nm的绿光透过率达到88.6%(洁净玻璃基底的绿光透光率为91.6%).

7.学位论文裴瑜ITO薄膜的制备及通电电流对薄膜特性的影响2009

透明导电氧化物(TCO)薄膜在可见光区(波长430-70.nm)有较高的透光率(平均透过率大于80％)，并且具有优良的导电性，电阻率最低可以达到10-5Ω·cm数量级。目前，氧化物及其掺杂薄膜，如I2zO3:Sn(ITO)，ZnO:Al(ZAO)，仍然是研究最多并应用最广的透明导电薄膜。为了能够制备出高质量的满足高要求的光电薄膜，研究制备薄膜的工艺条件以及透明导电薄膜的各种稳定性能对提高薄膜的性能及应用器件的寿命都是极其重要的。本论文就有关In2O3基透明导薄膜的制备工艺以及通电电流对薄膜光电学性质的影响等方面展开研究，主要内容包括：

首先，利用直流磁控溅射方法在BK-7基片上制备掺锡氧化铟(ITO)透明导电薄膜。研究不同基片温度和氧气流量对薄膜的结构、电学和光学性质的影响，分析光电学性质改变的机理。实验结果表明，随着基片温度的上升，薄膜的(222)衍射峰强度不断减弱，而(400)峰的强度增强。随着氧气流量的增加，载流子浓度(N)不断下降，电阻率(ρ)不断增大，但迁移率(μ)先增大后减小，在氧气流量为0.5sccm时有最大值。随着基片温度的上升，N逐渐增加，ρ断降低，而μ则先增加后减小，在基片温度为200℃时为极大值。所有样品在可见光区的平均光学透过率都大于80％，薄膜的折射率和消光系数从拟合透射光谱数据获得；在150.nm光学波长处，折射率随载流子浓度的增加而减小，较好符合线性关系；消光系数随载流子浓度的增大而增加，不符合线性关系。

其次，在大气条件下，研究通电电流的大小对ITO薄膜光电学特性的影响。利用直流磁控溅射的方法在玻璃基片上制备了两组ITO薄膜。第一组薄膜的电阻率(ρ)大约是10×10-4 Ω·cm，第二组样品的电阻率大约是4.5×10-4 Ω·cm。给上述两组样品分别通上电流(i)在30到150 mA之间的直流电

，并保持3 h。样品在通电前后的光电性质分别用van der Pauw方法和分光光度计进行研究。结果发现，对于每一组样品都有一个阈值电流(icri)，第一组样品的icri是60 mA，第二组样品的icri是90 mA。当i>icri时，退火后样品的ρ透过率都会增加。当i≤icri，ρ能会减小，而透过率可能会增加。比较样品的电功率后发现，通电后样品的光电性质变化主要取决于加在薄膜上的电功率的大小。

再次，研究厚度和衬底温度对In2O3-ZnO(IZO)薄膜光电学性质的影响，样品通过直流磁控溅射的方法沉积在石英衬底上。靶材是由80 wt.％In2O3和20 wt.％ZnO混合制成的。制备了两组样品：第一组是在衬底温度为室温的条件下，改变薄膜厚度从63 mn到651 nm。第二组样品的厚度保持20.nm左右，衬底温度从室温增加400℃。测量样品的光电学性质后发现，在厚度从63增加到30.nm的过程中电阻率单调地从1.2×10-3下降到5.0×10-4 Ω·cm，当厚度d=160 nm时样品具有可见光区的最大平均透过率(87％)。此外，不同衬底温度沉积的样品在可见光区的平均透过率均约为82％，但在近红外光区的平均透过率会随着衬底温度的增加而降低。在衬底温度从100℃增加到400℃的过程中，电阻率和迁移率单调下降，但载流子浓度增加。结果发现，对于制备高质量的IZO薄膜最优的衬底温度大约为250℃，在此条件下制备的厚度为20.nm左右的薄膜的电阻率可达5.0×10-4Ω·cm，而其可见光区的平均透过率为82％。

8.会议论文田洪涛.谢雪峰.吴启保电子束蒸发沉积ITO透明导电薄膜的物理性质研究2004

目前制备ITO薄膜方法有蒸发、磁控溅射、反应离子镀、化学汽相沉积、热解喷涂等,本文采讨论用电子束加热蒸镀的方法制备ITO薄膜,并研究ITO薄膜光电特性.

9.学位论文王伟华柔性ITO透明导电薄膜的研究2007

透明导电氧化物(TCO)薄膜兼具透明性和导电性两大特性，能广泛应用于平面显示器、太阳能电池、节能视窗、透明电磁屏蔽等领域。当前，显示技术越来越趋向于柔性化、超薄化，这大大促进了人们对柔性TCO薄膜的研究，其中在低软化点的柔性衬底上低温制备优质的ITO薄膜，已经成为国际上的热门研究课题。

本文通过对柔性ITO薄膜的特性、制备工艺研究，设计出并低温制备出了透光率大于75％、电阻率为8×10<'-5>Ω·cm的SiO<,2>/ITO/Ag/ITO膜系的PET基柔性ITO薄膜。论文取得的成果和创新点主要有：

1．针对低温溅射难以生成低电阻率的ITO薄膜这一难题，通过理论分析和实验研究，创造性地提出了“在线紫外辐照”提高反应气体氧在低温下活性的工艺路线，大幅度降低了ITO的电阻率也提高了ITO薄膜在可见光区透射率，为PET等柔性基底上低温生长优质的TCO薄膜提出了一种十分有效的方法。这一工艺方法有较大的理论指导意义和实用价值，在国内外尚未见报道。

2．针对有机衬底在溅射时容易裂解、放气大的问题，提出了在PET衬底上先镀覆SiO<,2>阻挡层的结构方案，有效地阻止了有机裂解物对ITO薄膜的污染，也阻挡了有机衬底的放气，并增强了薄膜的附着力。这为柔性ITO技术提出了一种新颖的结构。

3．为了进一步提高薄膜的电导率，我们根据薄膜光学理论并通过对纳米金属薄膜特性的研究，设计出SiO<,2>/ITO/Ag/ITO的膜系结构，在衬底不加热的工艺条件下大大提高了薄膜的电导率，同时，通过理论计算和系列实验摸索出了透明导电Ag层的制备参数。

4．在上述研究的基础上，我们用磁控溅射法在常温下制备出了光电性能良好的柔性SiO<,2>/ITO/Ag/ITO膜系，其最低电阻率达到8×10<'-

5>Ω·cm，可见光区透射率大于75％，达到了国内先进水平。

本研究对低温制备柔性TTO膜技术有较大的理论指导意义和重要的实用价值。

10.期刊论文马颖.张方辉.靳宝安.牟强.袁桃利ITO透明导电薄膜的制备及光电特性研究-液晶与显示2004,19(5) 以氯化铟和氯化锡为前驱物,采用溶胶-凝胶法在玻璃基片上制备了ITO薄膜.研究了掺锡浓度、热处理温度和热处理时间等工艺条件对ITO薄膜光电特性的影响.制备的ITO薄膜的方阻为300Ω/□,可见光平均透过率为80%,电阻率为4×10-3Ω·cm,其光电特性已达到了TN-LCD透明电极的要求.

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下载时间：2011年2月17日