ITO透明导电薄膜的制备工艺与性能研究

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铟锡氧化物(ITO)透明导电薄膜是目前应用最为广泛的n型透明导电氧化物(TCOs),它一直是材料和电子领域的热点之一。靶材是制备薄膜的重要原料,ITO靶材的性能对其镀膜的质量至关重要。   本文首先用射频磁控溅射法制备ITO薄膜,重点研究了ITO靶材的开裂和“中毒”问题,借助ICP-AES、XRD、SEM等分析手段,系统地分析了ITO靶材的杂质含量和组织性能。结果表明靶材的开裂主要是由于溅射过程中的热应力产生的,靶材中杂质的偏析是引起“中毒”的原因。   深入研究了在常温下射频磁控溅射工艺条件对ITO薄膜晶体结构、微观组织、表面形貌和光电性能的影响:用XRD、AFM和SEM表征了ITO薄膜的微观结构;用分光光度计、四探针测试仪和Hall测试系统测试了薄膜的光电性能。结果显示:ITO薄膜的最强峰为(222)和(400),两者的相对强弱与沉积条件密切相关;膜厚和偏压均能影响薄膜的表面形貌;薄膜电阻率的变化归因于载流子浓度和迁移率的变化:电阻率最低为3.0×10-4Ω·cm,对应的载流子浓度为8.99×1020cm-3,载流子迁移率为26.81 cm2/V·s;薄膜的可见光区平均透过率为87.88%,最大禁带宽度为3.62 eV。   本文对不同氧分压下制备的ITO薄膜进行了真空退火处理:主要研究了退火温度(100~300℃)对ITO薄膜表面形貌和光电性能的影响;用XPS测试了退火前后的薄膜表面元素价态。测试结果表明:退火提高了薄膜中In3+和Sn4+的浓度,降低了膜层表面吸附氧的比例,从而降低了ITO薄膜的电阻率;退火还能降低ITO薄膜制备过程中对氧分压的依赖。经250℃×1 h的退火后,ITO薄膜的电阻率最低为2.0×10-4Ω·cm,透过率为89.02%,光电性能指数为1.56×10-2Ω-1。
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