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1、综合评述Vol.27,No.3,200810ITO透明导电薄膜的研究进展1,222121成立顺,孙本双,钟景明,何力军,王东新,陈焕铭(1.宁夏大学,宁夏银川750021)(2.西北稀有金属材料研究院,宁夏石嘴山753000)摘要: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
2、方面加强研究。关键词:透明导电氧化物;ITO薄膜;制备技术中图法分类号:TB43文献标识码:A文章编号:1008-5939(2008)03-010-0721-3可见光透过率高而又有导电性的薄膜称为透明(3.5～4.3eV),载流子浓度(10cm)和电子迁移率2-1-1导电薄膜。透过性的标准是透过率60%以上,导电(15～45cmVs)较高;②在可见光波段透过率10性的标准是表面电阻在10Ω·cm以下。透明导电高,可达85%以上;③对紫外线的吸收率较高,薄膜的种类主要有金属膜、氧化物膜、多层复合膜可达85%以上;④对红外线具有反射性,反射率和高分
3、子膜等,其中氧化物薄膜占主导地位。透明高于80%;⑤对微波具有衰减性,衰减率可达85%导电氧化物(TCO)薄膜主要包括In,Sn,Zn,Cd的氧以上;⑥膜层硬度高,耐磨,耐化学腐蚀(氢氟[1,2]化物及其复合多元氧化物薄膜。1907年Badeker酸等除外);⑦膜层具有很好的酸刻、光刻性能,[3]首先制备并报道了CdO透明导电薄膜,将物质的透便于细微加工,可以被刻蚀成不同的电极图案。由明性和导电性这一矛盾统一起来。在随后的几十年于具有上述优良特性,ITO薄膜被广泛用于平面显中,人们发现和研究了多种材料的TCO薄膜,并示、电致变色(EC)窗、太阳
4、能电池透明电极、微[5]不断扩大它们的用途。目前研究人员主要集中在对波屏蔽和防护镜、交通工具的风挡玻璃等。SnO2基、In2O3基以及ZnO基透明导电膜的研究,1.2透明导电原理而掺锡In2O(3简称ITO)薄膜又是当前研究和应用最ITO薄膜的光学性质及载流子的浓度可以用广泛的透明导电薄膜。Drude自由电子理论进行定量研究。ITO薄膜一般具有大于可见光子能量(3.1eV)的光学禁带宽度,1ITO薄膜的基本特性和光电原理可见光照射不能引起本征激发,所以它对可见光透[6]1.1基本性质明。ITO薄膜的光学及电学性能主要决定于薄膜锡掺杂的氧化铟是一
5、种体心立方铁锰矿结构的结构及化学配比。In2O3是直接跃迁宽禁带半导体[4]的n型半导体透明导电薄膜,具有以下特性:①导材料,要得到导电且对可见光透明的薄膜则必须使-4电性能好(电阻率可低达10Ω·cm),带隙宽其半导化。半导化的途径一般有2种:①使组分收稿日期:2007-12-26作者简介:成立顺,男,1979年出生,硕士研究生,宁夏大学物理电气信息学院,宁夏银川750021,电话:0952-2098661,E-mail:chsjack@126.com2008年27卷第3期稀有金属快报11[10]存在缺陷(即化学计量比偏移);②掺杂处理(即高
6、频磁控溅射沉积。而直流磁控溅射是当前发展价或低价离子替代)。对于In2O3薄膜,一般同时采最成熟的技术,其原理是在电场和交变磁场作用用这两种半导化方法。In2O3的掺杂处理时,通常掺下,被加速的高能粒子轰击铟锡合金(IT)靶材或4+入高价离子Sn,掺入量一般为10%(摩尔分数)。氧化铟锡(ITO)靶材表面,经能量交换后靶材表4+3+4+3+由于Sn与In的半径相近,故Sn将置换部分In。面的原子脱离原晶格而逸出,并转移到衬底表面4+为保持电中性,易变价的Sn将俘获一个电子而变形成薄膜。4+4+[11]成Sn·e。这个电子与Sn的联系比较弱,可以
7、成蔡琪等对制备的ITO薄膜进行了结构分析。为载流子的来源之一。在ITO薄膜中,掺入的Sn结果表明,Sn元素已固溶到In2O3晶格形成了多晶2+4+一般以Sn或Sn的形式存在,由于In在In2O3中ITO。延长退火时间,薄膜的结晶度增加,ITO晶4+是正三价,Sn的存在将提供一个电子到导带,相粒尺寸表现出增大的趋势。XPS分峰拟合结果显2+反Sn的存在将降低导带中电子的密度。在低温沉示,随着退火时间的增加,薄膜表面先失氧后附积过程中,Sn在ITO中主要以SnO的形式存在,氧,膜中氧空位含量先增加后减少;SnO被氧化4+导致较低的载流子浓度和高的膜
8、电阻。另外,SnO为SnO2并最终达到饱和,因此膜中Sn浓度先增自身呈暗褐色,对可见光的透过率较差。热处理对加后基本保持不变。薄膜中氧空位引起的载流子
