ITO透明導(dǎo)電薄膜的制備及光電特性研究[1]

1、ITO透明導(dǎo)電薄膜的制備及光電特性研究摘    要：以氯化銦和氯化錫為前驅(qū)物，采用溶膠-凝膠法在玻璃基片上制備了ITO薄膜。研究了摻錫濃度、熱處理溫度和熱處理時(shí)間等工藝條件對ITO薄膜光電特性的影響。制備的ITO薄膜的方阻為300，可見光平均透過率為，電阻率為×·，其光電特性已達(dá)到了透明電極的要求。關(guān)鍵詞：ITO薄膜；溶膠凝膠法；方阻；透光率；液晶顯示器1 引 言透明導(dǎo)電氧化物薄膜主要包括、和的氧化物及其復(fù)合多元氧化物薄膜材料，具有禁帶寬、可見光譜區(qū)光透射率高和電阻率低等特性。透明導(dǎo)電薄膜以摻錫氧化銦（ ，）為代表，廣泛地應(yīng)用于平板顯示、太陽能

2、電池、特殊功能窗口涂層及其他光電器件領(lǐng)域。平板顯示器市場廣闊，被認(rèn)為具有比半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)更高的增長率，特別是液晶顯示器（）具有體積小、重量輕、能耗低、無輻射、無閃爍、抗電磁干擾等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、臺式電腦、各類監(jiān)視器、數(shù)字彩電和手機(jī)等電子產(chǎn)品，以全球顯示器市場來看，產(chǎn)值遠(yuǎn)高于其他顯示器。透明導(dǎo)電薄膜是簡單液晶顯示器的三大主要材料之一，隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，市場對透明導(dǎo)電膜的需求也隨之急劇增大。薄膜的制備方法多樣，研究較多的制備方法為磁控濺射法，另外還有真空蒸發(fā)法、化學(xué)氣相沉積法、噴涂法、溶膠凝膠法等方法。其中，溶膠凝膠法的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)設(shè)備簡單、工藝過程溫度低，易實(shí)現(xiàn)制備多組元且摻雜均勻的材料。采

3、用溶膠凝膠法制備薄膜多以銦、錫的有機(jī)醇鹽為前驅(qū)物。以銦、錫的無機(jī)鹽為前驅(qū)物，采用溶膠凝膠法制備的薄膜，比以有機(jī)醇鹽為前驅(qū)物的溶膠凝膠法制備成本低，該方法制備薄膜具有生產(chǎn)設(shè)備簡單、成本低的優(yōu)勢。本文以氯化銦和氯化錫為前驅(qū)物，采用溶膠凝膠法制備薄膜，探索以銦、錫的無機(jī)鹽為前驅(qū)物制備薄膜的方法。2 實(shí) 驗(yàn)2.1 溶液的配制按一定比例稱取適量前驅(qū)物（·和·）溶于乙醇中，并加入適量的蒸餾水，?。ㄋc鋼錫鹽的摩爾比）為，經(jīng)過攪拌配成均相溶液，將均相溶液在下靜置后形成透明溶膠。2.2 ITO薄膜的制備將載玻片分別用洗潔精溶液、稀鹽酸溶液進(jìn)行超聲清洗，再用去離子水多次超聲清洗，干燥后備用。

4、制膜時(shí)采用甩膜法，甩膜速率為，甩膜時(shí)間，甩膜后的載玻片置于管式爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，在玻璃基體上獲得薄膜。由于經(jīng)一遍甩膜、熱處理所制備的薄膜厚度較薄，電子在界面上發(fā)生漫反射對薄膜導(dǎo)電能力影響較大，采用在一塊玻璃基板上多次甩膜、熱處理的方法制備薄膜。實(shí)驗(yàn)中采用在一塊玻璃基板上經(jīng)過遍甩膜和熱處理的方法制備薄膜。2.3 ITO薄膜的分析薄膜的方阻由四探針法測量，透光率由平面光柵單色儀通過測量載玻片制膜前后的透光率的比值求得，薄膜厚度由質(zhì)量法求得。3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論3.1   摻雜濃度對ITO薄膜光電特性的影響將摻錫濃度不同的溶膠在玻璃基板上分別甩膜，然后將甩膜后的基板在熱處理，制備摻錫

5、濃度不同的薄膜。圖為摻雜濃度對薄膜方阻的影響關(guān)系曲線。摻錫濃度較小和較大時(shí)薄膜方阻均較大，摻錫濃度在附近薄膜方阻最小。這是由于通過錫離子摻雜，一方面會形成電子施主，另一方面又會引起晶格畸變，產(chǎn)生陷阱能級，形成電子復(fù)合中心。錫離子摻雜較少，電子濃度小，方阻較大；錫離子摻雜過度，陷阱態(tài)密度大，使電子復(fù)合增多，方阻較大；適度的錫離子摻雜提供了更多的電子，提高薄膜的電導(dǎo)率，方阻較小。此實(shí)驗(yàn)結(jié)論與范志新等人得出的有關(guān)溶膠凝膠法制備薄膜的最佳摻雜量的理論結(jié)果（）基本吻合。圖為摻雜濃度對薄膜透光率（）的影響關(guān)系曲線。薄膜透光率隨著錫摻雜濃度增加，逐漸增大，薄膜中錫離子含量的增加有利于提高薄膜的透光率。3.2

6、 熱處理溫度對ITO薄膜光電特性的影響將摻錫濃度為（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的溶膠在玻璃基板上甩膜，然后將甩膜后的基板分別在不同的熱處理溫度下熱處理，制備不同熱處理溫度條件下的薄膜。圖為熱處理溫度對薄膜的方阻影響關(guān)系曲線。熱處理溫度較低時(shí)薄膜方阻較高，隨著熱處理溫度的增加薄膜的方阻直線下降，熱處理溫度達(dá)到時(shí)薄膜方阻降為最低，熱處理溫度高于后薄膜方阻由減小轉(zhuǎn)為增加。熱處理溫度較低時(shí)，薄膜晶粒較小，方阻較大；隨著熱處理溫度的升高，薄膜晶粒增大，有利于方阻的下降；當(dāng)熱處理溫度接近附近時(shí)晶格畸變嚴(yán)重，抵消了晶粒增大有利于方阻下降的影響，導(dǎo)致熱處理溫度超過后，薄膜方阻轉(zhuǎn)為增加。圖為熱處理溫度對薄膜透光率（）的影響關(guān)系

7、曲線。熱處理溫度對透光率的影響在熱處理溫度為之前并不大，當(dāng)熱處理溫度高于之后透光率隨熱處理溫度的增高迅速下降。3.3 熱處理時(shí)間對ITO薄膜光電特性的影響將摻錫濃度為（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的溶膠在玻璃基板上甩膜，然后在熱處理溫度為條件下，分別對甩膜后的基板進(jìn)行不同時(shí)間的熱處理，制備不同熱處理時(shí)間條件下的薄膜。圖為熱處理時(shí)間對薄膜方阻的影響關(guān)系曲線。熱處理時(shí)間較短時(shí)薄膜方阻較大，隨著熱處理時(shí)間的增加，薄膜方阻迅速減小，當(dāng)熱處理時(shí)間超過后，隨著熱處理時(shí)間的增加，薄膜方阻緩慢上升。熱處理時(shí)間較短時(shí)，薄膜晶粒較小，方阻較大；隨著熱處理時(shí)間的增加，薄膜晶粒變大，方阻迅速下降；當(dāng)熱處理時(shí)間超過后，隨著熱處理時(shí)間的增加，薄膜晶粒尺寸變化不大，方阻變化不大。圖為熱處理時(shí)間對薄膜透光率（）的影響關(guān)系曲線。熱處理時(shí)間較短時(shí)薄膜透光率較高，隨著熱處理時(shí)間的增加，薄膜透光率隨之減小，當(dāng)熱處理時(shí)間超過后，隨著熱處理時(shí)間的增加，薄膜的透光率下降緩慢，熱處理時(shí)間超過后薄膜的透光率基本不隨著熱處理時(shí)間的增加而變化。小 結(jié)影響薄膜光電特