ITO薄膜特性及发展方向.docx

ITO薄膜特性及发展方向杨颖煜 电科1303 201311020318铟锡氧化物(简称ITO)是In2O2掺Sn的半导体材料，其薄膜由于具有优良的导电性和光学性能，引起了人们的广泛关注随着薄膜晶体管(TFT)，液晶显示(LCD)，等离子显示(PCD)等高新技术的不断发展，ITO薄膜的产量也在急剧增加，已经形成了一定的市场规模 ITO的结构与机理关于ITO的具体结构方式最有代表性的两种模型是能带结构模型和晶体结构模型能带结构模型是基于抛物线能带结构假设的基础上对IT0薄膜性能的理解ITO薄膜性能的光学性质由In2O3立方铁锰矿结构中引入的缺陷决定导电电子主要来源于氧空位和锡替代原子不同条件下制备的薄膜有不同的缺陷由于Burstein-Moss效应，光学能隙加宽，实际吸收光谱向短波方向移动，因而ITO薄膜对可见光的透射率、对红外线的反射率和对紫外线的吸收率都很高除了紫外带间吸收和远红外的声子吸收，Drude理论与介电常数实际值符合得很好，说明自由电子对ITO薄膜的光学性质有决定性作用晶体结构模型是基于In2O3的结晶具有体心立方铁锰矿结构按照此模型可以计算出ITO靶材中锡含量的理论值其理论最佳值为c103114(wt)，与用磁控溅射法制备的ITO薄膜，在陶瓷靶材中锡含量大约为10(wt)时，具有最高电导率符合的很好同时可以计算出薄膜中氧空位和外部锡掺杂同时存在的载流子浓度理论上限为n=147491020cm-3 关于ITO薄膜的导电机理一般可以归纳为三点：a)氧空位导电；b)In3+格点被Sn4+所置换形成的杂质导电；c)品格间存在填隙原子In而导电.ITO薄膜的生长机理则与镀膜方法有关,不同的镀膜方法对其性能影响很大 ITO薄膜的特性ITO薄膜在可见光(400800nm)范围内是透明的，其透射率可在90以上，而其红外光区的反射率也在85以上如此高的可见光区透射率和红外光区反射率同低电阻率相结合，使ITO薄膜成为典型的透明导电薄膜材料在一定意义上讲，将宽禁带的透明绝缘材料1n2O3通过掺锡和形成氧空位转变为透明导电ITO薄膜，这是材料改性研究或功能设计的成功，无论在理论上还是在应用开发上都具有重要意义 IT0薄膜的电学特性由测量其方块电阻R与厚度d而得掺Sn和形成氧空位使得ITO薄膜的载流子浓度很高(1020cm-3)，而其电阻率相当低(10-4欧cm)，形成一种高度简并的n型半导体，并表现出类金属性对于简并半导体，其载流子浓度基本上不随测量温度变化，而材料的电学性质主要依赖于迁移率迁移率的大小由载流子的散射机制所决定多晶结构的ITO透明导电薄膜，其散射机制主要有电离杂质散射、中性杂质散射、晶格散射和晶粒间界散射不同的制备方法制得的ITO薄膜具有不同的特性用胶体法制备的IT0薄膜具有很好的气敏特性，实验证明它在280下对乙醇和丙酮等有机气体有较高的灵敏度，而对CO2气体没有灵敏度但是它对NO2气体的气敏反应与其它常见气体正好相反从这个意义上说，ITO薄膜对N02气体和乙醇气体等具有一定的气敏选择性分析ITO薄膜典型的温度电阻特性和温度一灵敏度量曲线(乙醇浓度为10010-4molL-1),得出其对气体敏感的特性主要有两种机理类型一是表面吸附类型，二是体敏感效应类型由此看出，它的灵敏度几乎不受掺杂的影响实验还证明ITO薄膜的气敏特性具有较好的稳定性。4 ITO薄膜目前的应用状况电子工业方面的应用：因为ITO薄膜具有良好的透明性与导电性，同时还具有良好的刻蚀性，因而它被大量地用于平面液晶显示(LCD)，电致发光显示(ELD)，电致彩色显示(ECD)等目前在各类显示器件中.交通工具方面的应用：ITO薄膜既导电又透明的特点，使其成为一种典型的透明表面发热器这种透明表面发热器可用于汽车、火车、电车、轮船、飞机等交通工具的玻璃视窗上，使其能够除雾防霜.建筑工业方面的应用：将ITO薄膜用于高层建筑的视窗上，利用其高透光性和热效应，在冬季使热量保存在封闭的空间里而起到热屏蔽的作用在高温季节，利用其红外区的高反射率，使外界热量难以辐射入室内利用其对可见光的选择性，自动调节室内光线的强弱利用以上性能，可以使建筑物内暖气,冷气和照明等能源消耗减少50以上宇航和军事方面的应用：ITO薄膜有良好的微波屏蔽作用，能防静电，可用于屏蔽电磁波的地方，如计算机房、雷达的屏蔽保护区、防雷达隐型飞机的涂层等它还可以用于飞机和飞船的舷窗、坦克激光测距仪、机载光学侦察仪、以及潜艇潜望镜的观察窗太阳能利用方面的应用：由于ITO薄膜所具有的折射率在1819的范围内，以及它具有良好的导电性，使它适合于硅太阳电池的减反射涂层和光生电流的收集利用ITO薄膜具有对可见光的高透过性和对红外光的高反射性，可以广泛用在光热转换器件领域例如在太阳能的利用中，它可作为有效利用太阳热的选择性透过膜，从而把热能有效地“捕获”到室内或太阳能收集器中另外，它还可以用作异质结型非晶硅太阳能电池的透明电极ITO发展方向机理与性能的研究： ITO薄膜复杂的原胞结构(每个原胞含80个原子)和复杂的掺杂机制(氧缺位和Sn4+对In3+的替换)，导致了对薄膜基本性质(导电机制、能带结构等)的认识还存在着很大的差异随着薄膜晶体管和液晶显示等高新技术的不断发展，对ITO性能及结构的认识也在不断地深人通过使用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和平面图像高分辨率电镜(HREM)，对ITO薄膜的微结构取得了一些新认识，但尚未完全掌握尤其是随着复合膜技术的发展，采用X射线电子能谱(XPS)和变角X射线光电子能谱(ADXPS)对其各种机理的研究还在不断地深入之中另外随着对以玻璃为衬底的ITO薄膜的广泛深入研究，人们对低温以至室温下制备柔性衬底ITO薄膜逐步地重视起来因为柔性衬底导电膜具有可挠曲、重量轻、不易碎、易于大面积生产和便于运输等优点 拓宽应用领域的研究：现在的应用范围只是利用了其良好性能的一部分，还有许多方面有待于进一步去开发例如：将热镜膜和普通黑色衬底相结合，就能获得对太阳辐射吸收率高而本身发射率低的选择性吸收表面，因为它不需要低发射率的金属衬底，所以这是一种不同于普通的依靠膜层本身吸收太阳辐射和要求衬底具有低发射率的选择性吸收表面此外在核物理领域采用ITO薄膜与通道板构成位置灵敏探测器具有较好的线性、探测效率及位置分辨率由于ITO薄膜较容易制取，因而很适合作为阳极用在