论文部分内容阅读
透明导电氧化物（transparent conductive oxide,简称TCO）薄膜在液晶显示器、太阳能电池、气体传感器等许多领域都有重要的应用。目前绝大部分商业化的TCO通常使用真空和高温方法制作,成本昂贵,灵活性低,阻碍了它们在低成本柔性器件中的应用。为此,本文使用光波辐照技术,在低温（约280℃）用溶胶-凝胶工艺制备了高质量的氧化铟锡（indium tin oxide,简称ITO）薄膜,探究了光波辐照时间对薄膜结构以及性能的影响。为了进一步拓展低温光波辐照的应用,本文又制备出ITO图案。最后,采用线棒涂布法代替旋涂法,实现了 ITO薄膜的大面积制备。首先,本文以光波辐照（约280℃）制备ITO薄膜为典型例子,探究了不同光波辐照时间下ITO薄膜表面形貌、成分以及光电性能的变化。光波辐照5 min即可形成氧化铟晶体结构,随着光波辐照时间的延长,薄膜的结晶度和氧元素的化学组分也会随之变化。最佳的ITO薄膜表现出优异的电学性能,包括较低的方块电阻（14.46 Ω/sq）和较高的导电性（1.7×103S cm-1）。ITO薄膜的可见光透过率达到87%以上,品质因数为1.72×10-2Ω-1,和使用传统真空和高温方法制备的ITO薄膜相当。这种基于溶胶-凝胶法的低温光波制备工艺为低成本TCO薄膜提供了简便有效的途径。其次,本文对低温光波制备的ITO薄膜的图案化刻蚀处理进行了探索。目前,半导体器件制造中对半导体薄膜的图案化刻蚀处理通常需要使用光刻胶,但光刻胶存在成本高、毒性大、工序繁琐等问题。为此,本文探索了不使用光刻胶的方法对ITO薄膜进行刻蚀处理:在ITO薄膜的前驱液中加入苯甲酰丙酮（BzAc）作为光敏感剂并和溶质生成螯合环,螯合环在吸收紫外光后能够产生π→π*跃迁分解,从而改变自身溶解度,使得前驱液本身拥有和光刻胶类似的作用,即ITO薄膜自身即可形成光敏图案。通过测量了不同BzAc 比例以及不同紫外照射时间下薄膜的吸收率的差异,证明了 BzAc能够增强薄膜对紫外光的吸收,证实了π→π*跃迁的存在,且紫外光最佳照射时间为15 min,此时液膜中所有螯合环已全部分解。本文还探究了不同BzAc添加量的ITO前驱体薄膜对紫外光波段的吸收率和退火后的ITO薄膜的光电性能的影响。当BzAc/In值为0.5时,ITO薄膜具有较低的方块电阻（30.6 Ω/sq）,具有较高的紫外吸收率和可见光区透过率（＞90%）。本文还将图案化制备工艺拓展至氟掺杂氧化锡（fluorine-doped tin oxide,简称FTO）薄膜,证明该工艺灵活性强,具有极大的应用潜力。最后,为了实现了 ITO薄膜的大面积制备,本文在低温光波制备高性能ITO薄膜的基础上,用线棒涂布法代替旋涂法,详细探讨了前驱液中氯化铟浓度对薄膜表面形貌以及光电性能的影响。结果表明,增加氯化铟浓度会增加薄膜的结晶度,表面粗糙度和厚度。此外,浓度的增大还能提高薄膜中金属氧组分的比例。最终ITO薄膜在前驱液中氯化铟浓度为0.5 M时表现出最佳性能:方块电阻为45.2 Ω/sq,载流子浓度为4.06×1019 cm-3,载流子迁移率为8.87 cm2/Vs,在550 nm处的透过率超过80%,品质因数值为5.6×10-4Ω-1。ITO薄膜的棒涂制备对大面积制备高性能TCO薄膜提供了一个潜在的可能。