




版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、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(
2、 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
3、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- 4·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. 1PVD沉积 采用PVD
4、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. 1EB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. 2DCSP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
5、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- 4·cm、6. 8×1020 /cm3和34cm2 /( V ·秒)。2. 1. 3HDPE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
6、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
7、别为1. 8× 10- 4·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. 2CVD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,因此是一种ITO膜生长可控的沉积技术。反应剂或反应前体( Precursor)被辐射到衬底上,反应室用惰性气体清洗或抽真空清洗,使沉积条件达到最佳程度,即只允许化学吸附型粒子保留在清洗后的衬底上,而不存在任何其他粒子,故可精确地控制膜厚和良好的同构
8、区。薄膜的掺杂也可通过改变源材料中反应前体的组成而简单完成。Suntola 最近采用流动型ALE反应室,用氮气( 99. 999% )作载体和吹洗气体,用水(蒸汽)、InCl3( 99. 999% )和SnCl4 ( 99% )作反应前体,生长时反应室内部压力约为10mPa , InCl3从反应室内285的坩埚中蒸发,水和SnCl4蒸汽分别在25和10的容器中发生,并靠其自身的蒸气压力而导入反应室,没有鼓泡系统。InCl3的脉冲化蒸发由惰性气阀门完成, ITO 薄膜生长于500下的5 × 5 ( cm )Co r ning 7059玻璃衬底上。为改善膜的导电性能,在膜沉积后和从反应室
9、移出之前,在500和1m PaN2气流中退火2 /小时。2. 2. 1ALE-ITO薄膜的生长速率 ALE 生长ITO 薄膜的速率很低, 最高为0. 027nm /周期。ITO薄膜中的锡含量不仅取决于源材料中SnO2的含量,而且取决于掺杂方式。人们发现,掺杂后ITO 薄膜的生长速率约比非掺杂的In2O3和SnO2低30% ,且为锡含量的函数。对工业应用而言, 0. 02nm /周期的生长速率显然太低。ALE生长的ITO 薄膜厚度不均匀度一般低于4% ; 然而随锡含量的增加,厚度均匀性可得到改善。2. 2. 2ALE-ITO薄膜的晶体结构 ALE生长的ITO 薄膜具有典型的立方In2O3多晶结构
10、, 100 方向为其明显取向。然而当ITO薄膜中Sn /( Sn+ In)比率超过30%时,薄膜中使出现正四方晶系的SnO2相,这说明锡在In2O3的溶解度很高,但锡含量也是有限度的。2. 2. 3ALE-ITO薄膜的电、光学性质 ALE-ITO薄膜的电、光学性能均为锡含量的函数。电性能测试结果表明, ALE-ITO薄膜均系n 型半导体,其电阻率、霍尔迁移率和载流子浓度均为锡含量、膜厚度和掺杂量的函数。特别是其电阻率极小值的锡含量对应范围很宽,例如对应于2% 6%锡含量的电阻率为( 2. 4 2. 7)× 10- 4·cm,而在此锡含量范围之外的薄膜则具有较高的电阻率。载流
11、子浓度随锡含量的增加而增加,但当锡含量达到约6%时,则开始降低。霍尔迁移率随锡含量的增加而降低。但当载流子浓度和霍尔迁移率分别为2. 5×1019 /cm3和72cm2 /( V 秒)时,非掺杂In2O3的最低电阻率为3× 10- 3·cm4。2.3 Sol- Gel法制备ITO薄膜工艺 自从1971 年德国学者Dislich 6 首次采用Sol- Gel法制备出多元氧化物材料以来, 该方法在陶瓷、玻璃、生物材料、催化载体、薄膜以及复合材料等领域得到广泛的应用. Sol- Gel法是湿化学方法中制备材料的一种较新的方法, 该技术是将易于水解的金属化合物(无机盐或金
12、属醇盐)在某种溶剂中与水发生反应, 经过水解与缩聚过程而逐渐凝胶化, 再经干燥、烧结等处理最后制得所需的材料 7 .图1是Sol- Ge l法制备ITO透明薄膜某工艺流程示意图. 以In Cl3 4H2O、SnCl4 5H2O 为前驱物, 水为溶剂, 配制溶液, 在室温下静置形成溶胶,提拉成膜, 马弗炉中进行热处理, 热处理温度为300e , 时间为30min, 得到透明导电膜, 电阻率约为41210- 4 8 # cm, 可见光平均透过率为80%,经X射线衍射及扫描电镜分析, 生成物为多晶形态的In、Sn氧化物.图1 Sol- Ge l法制备了ITO透明薄膜流程图3ITO薄膜的应用领域3.
13、1汽车工业方面的应用 ITO膜在汽车上的应用,特别是用作轿车风挡具有潜在的巨大市场。国内在这方面尚处于起步阶段。当前许多真空镀膜厂家正纷纷着手改造设备和工艺以适应轿车ITO 膜的制备要求。专家们注意到,到2000年,中国汽车的保有量为2000万辆,其中轿车450万辆,同期汽车年产量300万辆,其中轿车为150万辆,与之配套的ITO靶材需求量将急剧上升。3. 2宇航和军事方面的应用 利用ITO薄膜的透明、导电功能,将这种镀膜玻璃作为机车的挡风玻璃,飞机和飞船的舷窗,坦克激光测距仪、机载光学侦察仪、潜艇潜望镜等的观察窗,不仅可起隔热降温的作用,而且薄膜通电加热后,还可作为透明电极用于飞机、火车头的
14、挡风装置去雾和除霜剂。3. 3建筑工业方面的应用 数十年来, ITO涂层已用于热反射装置,如建筑玻璃。现在是利用ITO薄膜的透明和红外反射功能,用镀膜玻璃装配门窗、炉门或作高级建筑物的幕墙,具有很好的隔热节能效果。3. 4电子工业方面的应用 ITO薄膜的透明导电性及其良好的电极加工性能,所以它作为液晶显示器用的透明电极获得高速发展,约占功能膜的50%以上。特别是可用作液晶屏幕、电子发光显示屏幕以及其他电子仪表所需透明电报的最佳常用材料。平面显示技术特别是液晶显示技术正向彩色显示和大型化发展,近年增长率达30%。电极以文字、数字和图象形式出现在平板液晶显示器上,这对便携折叠式计算机和高分辨率电视
15、屏幕尤为重要。此外, ITO薄膜在需要屏蔽电磁波的场所,如计算机操作房、达的屏蔽保护区甚至防雷达飞机(隐形飞机)上,可用做防电磁干扰的透明屏窗或屏蔽层。利用ITO膜的透明性、导电性及其良好的加工性能,它在液晶屏幕、电子发光显示屏幕、计算器、电脑显示器、高清晰度电视等领域的应用将进一步扩大。3. 5太阳能方面的应用 由于ITO薄膜所具有的折射率(在1. 8 1. 9的范围内)和导电性,使它适合用于硅太阳电池的减反射涂层和光生电流的收集。因它具有对可见光的透过性和对红外光的反射性,故在光热转换利用中,它可用作为有效利用太阳热的选择性透过膜从而把热能有效地“捕集”到室内或太阳能收集器中。具有电致变色
16、( EC)的灵巧窗的典结构是在普通白玻璃上沉积多层膜,其内外层为ITO膜。研究表明, EC玻璃可使建筑物内暖气、冷气和照明等能耗减少50%以上。美国、日本、西欧等相继制定计划,投入大量人力、财力开发EC玻璃。国内也正开展ITO膜在太阳能方面的应用研究和开发工作。3. 6微波屏蔽和激光辐射防护方面的应用 茶色ITO薄膜是铟锡氧化物导电薄膜系列的新品种,它具有防紫外、红外功能,并能滤去对人眼有害的紫外波段,同时还具有良好的微波屏蔽作用和一般的低功率激光辐射防护功能,因此玻璃镜片镀覆该种薄膜后可作为防护眼镜。 ITO薄膜除上述用途以外,它的涂层还可作热红外反射器而用于低压钠灯、烘箱门、冷冻食品显示器
17、。它在公用大屏幕显示器和触膜板系统中也起到重要作用。4ITO薄膜的开发与展望8 9 10 11 PVD技术B及其ITO薄膜产品已成功地获得产业化开发, ITO薄膜已在薄膜晶体管和彩色荧光屏(涂于玻璃内面)液晶显示系统中得到实际应用并且有相当市场。1993年日本此两方面的市场就有一半被ITO薄膜所占据; 其夏普、日本电气和东芝三大公司都已开发生产ITO薄膜。ITO薄膜也适用于低钠灯、建筑玻璃、烤炉窗口、食品冷冻箱等装置的显示系统(此为热反射器应用)以及用作飞机上的除雾玻璃和除霜器、火车和汽车用玻璃(此为透明电极应用)。原子层外延生长ITO薄膜取得了可与PVD技术所制产品相媲美的进展,只是现其生产
18、速率还显太低,有待进一步研制开发,但前景是光明的。ITO 薄膜晶体管( TFT)等方面的应用增长明显,且长势不减,然而值得注意的是,因产品质量难以稳定,目前TFT批量生产尚有困难,据资料报道高达50%的产品不合格,新开工厂的不合格率甚至高达75%。但如果能攻破这一难点,其产量将迅速增加。有关专家预测,今后几年ITO最大的转机将是用于高清晰度电视( HDTV)荧光屏。1996年日本铟的消费量仍占世界总消费量一半以上,其中二分之一用于平面显示器。ITO被认为是最好的透明电极,也是笔记本电脑平面显示器的首选材料。平面显示器的用途非常广泛,如汽车和飞机仪表,家用电器、录音电话等。日本1996年铟的需求量比1995年增加11%为104吨,其中在以液晶显示装置( LCD)为中心的透明电极方面铟需求量比1995年增加15%为63吨。另外,由于电子工业景气而使软钎料中低熔点铟的用量渐渐增加。1997年透明电极铟用量比1996年增加15% 20% ,达到72 75吨。目前日本、欧洲和
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 创伤后压力症的干预护理查房
- 河南三市三模数学试卷
- 2025年西安科技大学专职辅导员招聘模拟试卷附答案详解
- 2025年经济法基础资料试题及答案
- 工程造价师课件
- 工程课件背景
- 疫情期间主题班会课件
- 二零二五年度特种货物跨境运输服务合同
- 疫情心态班会课件
- 二零二五年度拆墙清运垃圾工程与废弃物资源化利用合同范本
- 嘉吉公司详解
- 公路施工组织与概预算教学课件汇总整本书电子教案全套教学教程完整版电子教案(最新)
- 大型公立医院巡查应知应会
- 我国及发达国家圆珠笔发展现状Microsoft Word 97 - 2003 Document
- 一九七二年国际海上避碰规则
- 0上海市康复治疗质量控制中心推荐病史及记录单
- (完整word版)sppb简易体能状况量表
- 2022届宝山区中考英语一模
- 民用航空安全信息管理规定培训考试
- AHRI 的标准目录
- 西班牙文化概况.ppt
评论
0/150
提交评论