ITO透明导电薄膜的制备及光电特性研究[1]

1、ITO透明导电薄膜的制备及光电特性研究摘    要：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300，可见光平均透过率为，电阻率为×·，其光电特性已达到了透明电极的要求。关键词：ITO薄膜；溶胶凝胶法；方阻；透光率；液晶显示器1 引 言透明导电氧化物薄膜主要包括、和的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料，具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等特性。透明导电薄膜以掺锡氧化铟（ ，）为代表，广泛地应用于平板显示、太阳能

2、电池、特殊功能窗口涂层及其他光电器件领域。平板显示器市场广阔，被认为具有比半导体产业更高的增长率，特别是液晶显示器（）具有体积小、重量轻、能耗低、无辐射、无闪烁、抗电磁干扰等特点，广泛应用于笔记本电脑、台式电脑、各类监视器、数字彩电和手机等电子产品，以全球显示器市场来看，产值远高于其他显示器。透明导电薄膜是简单液晶显示器的三大主要材料之一，随着产业的发展，市场对透明导电膜的需求也随之急剧增大。薄膜的制备方法多样，研究较多的制备方法为磁控溅射法，另外还有真空蒸发法、化学气相沉积法、喷涂法、溶胶凝胶法等方法。其中，溶胶凝胶法的优点是生产设备简单、工艺过程温度低，易实现制备多组元且掺杂均匀的材料。采

3、用溶胶凝胶法制备薄膜多以铟、锡的有机醇盐为前驱物。以铟、锡的无机盐为前驱物，采用溶胶凝胶法制备的薄膜，比以有机醇盐为前驱物的溶胶凝胶法制备成本低，该方法制备薄膜具有生产设备简单、成本低的优势。本文以氯化铟和氯化锡为前驱物，采用溶胶凝胶法制备薄膜，探索以铟、锡的无机盐为前驱物制备薄膜的方法。2 实 验2.1 溶液的配制按一定比例称取适量前驱物（·和·）溶于乙醇中，并加入适量的蒸馏水，取（水与钢锡盐的摩尔比）为，经过搅拌配成均相溶液，将均相溶液在下静置后形成透明溶胶。2.2 ITO薄膜的制备将载玻片分别用洗洁精溶液、稀盐酸溶液进行超声清洗，再用去离子水多次超声清洗，干燥后备用。

4、制膜时采用甩膜法，甩膜速率为，甩膜时间，甩膜后的载玻片置于管式炉内进行热处理，在玻璃基体上获得薄膜。由于经一遍甩膜、热处理所制备的薄膜厚度较薄，电子在界面上发生漫反射对薄膜导电能力影响较大，采用在一块玻璃基板上多次甩膜、热处理的方法制备薄膜。实验中采用在一块玻璃基板上经过遍甩膜和热处理的方法制备薄膜。2.3 ITO薄膜的分析薄膜的方阻由四探针法测量，透光率由平面光栅单色仪通过测量载玻片制膜前后的透光率的比值求得，薄膜厚度由质量法求得。3 实验结果与讨论3.1   掺杂浓度对ITO薄膜光电特性的影响将掺锡浓度不同的溶胶在玻璃基板上分别甩膜，然后将甩膜后的基板在热处理，制备掺锡

5、浓度不同的薄膜。图为掺杂浓度对薄膜方阻的影响关系曲线。掺锡浓度较小和较大时薄膜方阻均较大，掺锡浓度在附近薄膜方阻最小。这是由于通过锡离子掺杂，一方面会形成电子施主，另一方面又会引起晶格畸变，产生陷阱能级，形成电子复合中心。锡离子掺杂较少，电子浓度小，方阻较大；锡离子掺杂过度，陷阱态密度大，使电子复合增多，方阻较大；适度的锡离子掺杂提供了更多的电子，提高薄膜的电导率，方阻较小。此实验结论与范志新等人得出的有关溶胶凝胶法制备薄膜的最佳掺杂量的理论结果（）基本吻合。图为掺杂浓度对薄膜透光率（）的影响关系曲线。薄膜透光率随着锡掺杂浓度增加，逐渐增大，薄膜中锡离子含量的增加有利于提高薄膜的透光率。3.2

6、 热处理温度对ITO薄膜光电特性的影响将掺锡浓度为（质量分数）的溶胶在玻璃基板上甩膜，然后将甩膜后的基板分别在不同的热处理温度下热处理，制备不同热处理温度条件下的薄膜。图为热处理温度对薄膜的方阻影响关系曲线。热处理温度较低时薄膜方阻较高，随着热处理温度的增加薄膜的方阻直线下降，热处理温度达到时薄膜方阻降为最低，热处理温度高于后薄膜方阻由减小转为增加。热处理温度较低时，薄膜晶粒较小，方阻较大；随着热处理温度的升高，薄膜晶粒增大，有利于方阻的下降；当热处理温度接近附近时晶格畸变严重，抵消了晶粒增大有利于方阻下降的影响，导致热处理温度超过后，薄膜方阻转为增加。图为热处理温度对薄膜透光率（）的影响关系

7、曲线。热处理温度对透光率的影响在热处理温度为之前并不大，当热处理温度高于之后透光率随热处理温度的增高迅速下降。3.3 热处理时间对ITO薄膜光电特性的影响将掺锡浓度为（质量分数）的溶胶在玻璃基板上甩膜，然后在热处理温度为条件下，分别对甩膜后的基板进行不同时间的热处理，制备不同热处理时间条件下的薄膜。图为热处理时间对薄膜方阻的影响关系曲线。热处理时间较短时薄膜方阻较大，随着热处理时间的增加，薄膜方阻迅速减小，当热处理时间超过后，随着热处理时间的增加，薄膜方阻缓慢上升。热处理时间较短时，薄膜晶粒较小，方阻较大；随着热处理时间的增加，薄膜晶粒变大，方阻迅速下降；当热处理时间超过后，随着热处理时间的增加，薄膜晶粒尺寸变化不大，方阻变化不大。图为热处理时间对薄膜透光率（）的影响关系曲线。热处理时间较短时薄膜透光率较高，随着热处理时间的增加，薄膜透光率随之减小，当热处理时间超过后，随着热处理时间的增加，薄膜的透光率下降缓慢，热处理时间超过后薄膜的透光率基本不随着热处理时间的增加而变化。小 结影响薄膜光电特