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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(duì)ITO薄膜光電特性的影響。制備的ITO薄膜的方阻為300,可見(jiàn)光平均透過(guò)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(jiàn)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(yáng)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(chǎng)廣闊,被認(rèn)為具有比半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)更高的增長(zhǎng)率,特別是液晶顯示器()具有體積小、重量輕、能耗低、無(wú)輻射、無(wú)閃爍、抗電磁干擾等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、臺(tái)式電腦、各類(lèi)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(chǎng)來(lái)看,產(chǎn)值遠(yuǎn)高于其他顯示器。透明導(dǎo)電薄膜是簡(jiǎn)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(chǎng)對(duì)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(jiǎn)單、工藝過(guò)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(wú)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(jiǎn)單、成本低的優(yōu)勢(shì)。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(wú)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(chēng)取適量前驅(qū)物(·和·)溶于乙醇中,并加入適量的蒸餾水,?。ㄋc鋼錫鹽的摩爾比)為,經(jīng)過(guò)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(duì)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(guò)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?lè)y(cè)量,透光率由平面光柵單色儀通過(guò)測(cè)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(duì)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(duì)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(guò)錫離子摻雜,一方面會(huì)形成電子施主,另一方面又會(huì)引起晶格畸變,產(chǎn)生陷阱能級(jí),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(guò)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(duì)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(duì)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(duì)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(guò)后,薄膜方阻轉(zhuǎn)為增加。圖為熱處理溫度對(duì)薄膜透光率()的影響關(guān)系
7、曲線。熱處理溫度對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(guò)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(guò)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(duì)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(guò)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(guò)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
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