ITO高阻薄膜的制备及光电特性研究.docx

25ITO高阻薄膜的制备及光电特性研究李东平+，李青(东南大学电子科学与工程学院。江苏南京210096)娶三亟卫!垡巳壁12鱼：Q坚 摘要：采用直流磁控溅射法在玻璃基板上制备ITO薄膜，研究了溅射功率、溅射时间、溅射 气压等工艺条件对ITO薄膜的方阻和透过率的影响。并在溅射功率45W，溅射时间3min，溅 射气压3Pa的工艺条件下得到了我们所需要的高阻薄膜，其方阻为2873MQsq，对550nm 可见光的透过率为96466。关键词：ITO膜，高阻，薄膜方阻，透过率Preparation and Study of PhotoelectricaI Properties ofIT0 Films with High ResistanceDong-ping Li，Qing Li(College ofElectronic Science and Engineering，Southeast University,Nanjing 210096) Abstract：ITO thin films were prepared on glass substrates by DC magnetron sputtering technologyThe effects of sputtering power,sputtering time and sputtering pressure on the sheetresistance and transmittance of ITO thin films were investigatedUnder the process parameter S，that is，a sputtering power of 45W，a sputtering time of 3 min，a sputtering pressure of 3Pa,we got the ITO thin film that is neededThe sheet resistance ofthe ITO film is 2873MDsq，and the transmittance of 550hm visible light is 96466Key words：ITO film，high resistance，sheet resistance，transmittance1 引言铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)薄膜是一种lq型半导体晶体薄膜，由于能 将其导电性与晶体透光性有机地结合在一起，因此具有良好的导电性、较高的可 见光透过率以及红外反射率，同时又有良好的机械强度和化学稳定性。因此在液 晶显示器、太阳能电池、防静电、防微波辐射、电致变色功能膜红外遥感探测器 等领域有着广泛的实际应用n21。近年来人们已经研究了多种沉积技术用来制备ITO透明半导体膜n1，如磁控 溅射、化学气相沉积、真空反应蒸发、溶胶一凝胶法、喷射热分解等，其中磁控 溅射法因具有成膜速率高、均匀性好和可控性等优点而得到广泛的研究和应用。 几年来人们在直流磁控溅射法镀StllTO膜方面己作了大量的工作，也有较多的关 于工艺参数对ITO膜光电性能影响的文献报道。但这些文献报道大多是关于如何 使镀制的ITO膜的方阻变得更小的。高阻层在模式控制自适应液晶透镜研究中是 一种重要的膜层，文献“1和仿真结果表明，需要方阻应在MQ级。笔者采用直流磁控溅射的方法镀StITO薄膜作为高阻膜层，研究了溅射功率、 溅射时间和溅射气压对ITO薄膜光电性能的影响，并得到了所需要的高阻薄膜。2实验采用直流磁控溅射法在玻璃基板(尺寸为25minX25minX l-Imm)上镀膜，所 用靶材为In。0。：SnO。=9：l(质量比)的氧化铟锡陶瓷靶，尺寸为巾80mmX06mm。 镀膜所用设备为JS3S一80Z型磁控溅射台，反应室规格为由500mmX 350mm。先用真 空泵把溅射室的压强抽到3X 103Pa，然后通入纯度为99999的氩气，再设置 不同的工艺参数进行镀膜。镀膜完成后，采用SZ-82型数字式四探针测试仪测量薄膜方阻，用UV一3600 型紫外可见分光光度计测可见光透过率(文中的透过率都指对550nm可见光的透 过率)。3结果与讨论31溅射功率的影响 图l是溅射时间为lOmin、溅射气压为05Pa时ITO薄膜的方阻和透过率与溅射功率的关系曲线图。从图l中可以看出，随着溅射功率的增大，薄膜的透过率先增大后减小，而 薄膜的方阻却是一直在减小的。当溅射功率比较小时，从靶上溅射到基底的粒子 数量和动能都很小，靶原子在飞向基底时易被散射，沉积到基底上的粒子能量较 小，使高价铟锡氧化物的反应活性降低甚至出现一些低价的铟锡氧化物而使薄膜 呈暗棕色n1。从而导致薄膜的透过率较低，方阻较高。当溅射功率较大时，从 靶上溅射出的粒子数量和动能都较大，粒子具有较高的能量沉积到基片上反应形 成ITO膜，这样形成的工T0膜的晶体结构就比较好，同时溅射粒子数量的增大使工TO 薄膜的厚度增大，随着厚度的增加，薄膜的方阻和透过率减小“1。因此，从实 验结果可知，要想得到高方阻、高透过率的薄膜电阻，溅射功率应取45W。一通用格式一通用格式一通用格式一通用格式一通用格式通用格式一通用格式一通用格式叮一通用蟹式通黪式卧卫祷通瞪式嗵麟式蒯通藤式一通用格式通用格式通用格式通用格式嗵用格式通用格式通用格式，通用格式通用格式溅射功率(w)图1不同溅射功率下ITO膜的方阻和透过率Fig1 Sheet resistance and transmittance of ITO film in different sputtering power32溅射时间的影响 在溅射功率为45W、溅射气压为05Pa的条件下，ITO薄膜的方阻和透过率与溅射时间的关系曲线如图2所示。 由图可见，ITO薄膜的方阻和透过率都随溅射时间的增大而减小。在溅射时间小于3min时，薄膜的方阻很大，透光率则接近玻璃基片，随后在3min一5min这 个时间段薄膜方阻和透过率都急剧下降，镀膜时间大于5min后薄膜的方阻和透过 率只有轻微的减小。在镀膜初期，从靶上溅射出的粒子数很少，沉积到基底上首先形成不致密的 岛状结构n1，膜层的导电性能很差，方阻很大，且沉积到基底上粒子数量很少 使薄膜的透过率很高。随着镀膜时间的延长，沉积到基底上的粒子增多，膜层逐 渐致密起来，薄膜的结晶程度和晶粒尺寸都有所增加，使得晶粒间的散射降低， 载流子迁移率提高，薄膜方阻下降。当溅射达到一定时间后，溅射粒子数的增加 对晶体结构的影响就不再明显，薄膜的方阻和透过率只有轻微的下降。因此，要获得高方阻、高透过率同时结晶度也不能太差的ITO薄膜，最佳的 溅射时间应是3min。通用格式通用格式通用格式通用格式通用格式通用格式通用格式溅射时间(rain)图2不同溅射时间下TO膜的方阻和透过率Fig2 Sheet resistance and transmittance of lTO film in different sputtering time33溅射气压的影响 图3是溅射功率为45W、溅射时间为3min时IT0薄膜的方阻和透过率与溅射气压的关系曲线图。 从图中可以看出，薄膜的方阻和透过率都随着溅射气压的增加而增大。当气压增大NoSPa以后，气压再增大时薄膜透过率只有些许增加，但薄膜方阻的增 加却很明显，尤其是在溅射气压由2Pa增大至lJ3Pa时，薄膜方阻更是急剧增加。这 是因为，随着溅射气压的增大，真空室中的Ar+受到中性气体和已经电离的气体 离子的散射强度增加，从靶上溅射到基底的粒子动能减小，同时粒子在沉积过程 中受到的散射作用也会增加，因此沉积到基底上的粒子能量较小，使载流子的迁 移率降低，薄膜方阻增大。当溅射气压很高时，不仅载流子的迁移率降低，同时 使更多的氧气进入镀膜腔体内，参与到薄膜的沉积过程中，使薄膜内的氧空位减 少，载流子浓度降低n1，薄膜电阻急剧增大，但薄膜的厚度变化不大，故透过率只有轻微的改变。一通用格式通用格式通用格式一通用格式一通用格式通用格式、d格式通愚格式槲、咄 遗a考秘攸 格式通嚼式通用格式遥用格式通用格式一通用格式一通用格式通用格式一通用格式通用格式溅射气压(Pa)图3不同溅射气压下ITO膜的方阻和透过率Fig3 Sheet resistance and transmittance of lTO film in different sputtering pressure4结论文中通过大量的对比试验表明，在直流磁控溅射陶瓷靶制备ITO薄膜的过程 中，工艺参数对制备的ITO薄膜的光电性能具有较大的影响。通过大量的试验我 们得到了一组较优的工艺参数，即溅射功率为45W、溅射时间为3min、溅射气压 为3Pa，在此工艺条件下制备出了满足课题需要的ITO高阻薄膜，其方阻为2873M Qsq，对550nm可见光的透过率为96466。5致谢本项研究工作得到国家重点基础研究发展计划(973)(批准号：2013CB328803) 和国家高技术研究发展计划(863)(批准号：2012AA03A302)的支持。参考文献【1】徐美君IT0透明导电膜玻璃生产及应用J玻璃与搪瓷，2001，29(2)：5359【2】岳锡华，越屹，张维佳，ITO透明导电膜的制备及性能，航空学报，1996，17(1)：57633】王承遇，陶瑛，王波玻璃表面的透明半导体薄膜J玻璃与搪瓷，2000，27(4)：5056【4】Naumov A F and Loktev M YuLiquid-crystal adaptive lenses with modal control【J】Optics Letters，1998，23(13