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ITO是一种重掺杂、宽带隙n型半导体材料,因其良好的光电性能,以及高硬度、耐磨性、耐化学腐蚀性等一系列优异特性而被广泛应用于平板显示器、高层建筑玻璃等。ITO薄膜的制备方法有很多种,其中磁控溅射法因具有良好的可控性和易于获得大面积均匀薄膜,被广泛应用于实验室和工业生产。国内外已通过优化工艺参数、热处理、复合膜设计等各种方法来改善ITO薄膜的性能并已取得长足进展,例如导电率达到了10-4cm·Ω以下,透光率可达90%以上。但是ITO薄膜的表面粗糙度仅通过以上方法很难进一步降低,所以面对更新的应用领域和更高的使用要求,其性能和制备工艺术仍有待进一步改善。
由磁控溅射的基本原理可知此技术有其无法克服的缺点,如溅射过程中部分高能粒子对衬底的轰击作用会在膜层内部引起溅射损伤,增加了缺陷,降低了薄膜的光电性能,并对薄膜的表面粗糙度产生决定性影响。针对这些问题我们对磁控溅射技术进行改进,研究出一种称之为“能量过滤磁控溅射(EFDMS)”的镀膜新技术。EFDMS技术为本课题组自主研发的技术,它是在传统磁控溅射技术的基础上发展而来的,其基本原理是,在靶与衬底之间增置一层金属网栅作为过滤电极,并将过滤电极与衬底导电相连后接地,这样在溅射过程中部分高能负离子在通过过滤电极时将被吸附,并通过接地排走,从而减少溅射粒子对衬底的轰击作用。
为了研究此项技术对ITO薄膜的各方面性能有何影响,本论文进行了以下工作:
首先,利用磁控溅射技术在不同温度、氧气流量、溅射压强等条件下制备出各种ITO薄膜,通过分析得出制备ITO薄膜的最佳工艺条件,并为以下研究打下基础。
其次,分别采用能量过滤磁控溅射和磁控溅射两种技术在其他条件相同的情况下制备出两种的ITO薄膜,并对所制备薄膜的性能进行了表征和分析。研究发现:与磁控溅射技术相比,能量过滤磁控溅射技术在不降低薄膜光电性能甚至使其有一定改善的前提下,可有效提高薄膜的表面平整度。
第三,能量过滤磁控溅射技术较磁控溅射技术来说在制备ITO薄膜过程中造成的靶材损耗过大,针对这一问题我们采用了双层膜的方法,即在使用磁控溅射制备的ITO薄膜上再用能量过滤磁控溅射技术制备一薄层ITO薄膜,从而使此技术更便于在工业生产中应用。
第四,分别通过改变网栅网孔大小及在过滤电极上加一正电压两种方法来进一步了解能量过滤磁控溅射技术的原理,研究发现随着网孔的减小薄膜的电阻率和表面粗糙度降低,但在过滤电极上加正电压后却增加了薄膜的电阻率和表面粗糙度。