真正進(jìn)行透明導(dǎo)電
薄膜材料的研究工作還是19世紀(jì)末，當(dāng)時(shí)是在光電導(dǎo)的材料上獲得很薄的金屬薄膜。經(jīng)歷一段很長(zhǎng)時(shí)間后的第二次世界大戰(zhàn)期間，關(guān)于透明導(dǎo)電材料的研究才進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)期，于是開(kāi)發(fā)了由寬禁帶的n型簡(jiǎn)并半導(dǎo)體SnO2材料，主要應(yīng)用于飛機(jī)的除冰窗戶玻璃。在1950年，第二種透明
半導(dǎo)體氧化物In2O3首次被制成，特別是在In2O3里摻入錫以后，使這種材料在透明導(dǎo)電薄膜方面得到了普遍的應(yīng)用，并具有廣闊的應(yīng)用前景。 ??摻錫氧化銦（即Indium Tin Oxide, 簡(jiǎn)稱ITO）材料是一種n型半導(dǎo)體材料，由于具有高的導(dǎo)電率、高的可見(jiàn)光透過(guò)率、高的機(jī)械硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，因此它是液晶顯示器（
LCD）、等離子顯示器（PDP）、電致發(fā)光顯示器（ EL/OLED）、觸摸屏（Touch Panel）、
太陽(yáng)能電池以及其它電子儀表的透明電極最常用的材料。
,u>[cRq w 1. ITO薄膜的基本性能 ??
TJ1h[ （1）、ITO薄膜的基本性能 ??ITO（In2O3:SnO2=9:1）的微觀結(jié)構(gòu)，In2O3里摻入Sn后，Sn元素可以代替In2O3晶格中的In元素而以SnO2的形式存在，因?yàn)镮n2O3中的In元素是三價(jià)，形成SnO2時(shí)將貢獻(xiàn)一個(gè)電子到導(dǎo)帶上，同時(shí)在一定的缺氧狀態(tài)下產(chǎn)生氧空穴，形成1020至1021cm-3的載流子濃度和10至30cm2/vs的遷移率。這個(gè)機(jī)理提供了在10-4Ω.cm數(shù)量級(jí)的低薄膜電阻率，所以ITO薄膜具有半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。 ??
WdH/^QvTP bQ(-M: ITO是一種寬能帶薄膜材料，其帶隙為3.5-4.3ev。紫外光區(qū)產(chǎn)生禁帶的勵(lì)起吸收閾值為3.75ev，相當(dāng)于330nm的
波長(zhǎng)，因此紫外光區(qū)ITO薄膜的光穿透率極低。同時(shí)近紅外區(qū)由于載流子的等離子體振動(dòng)現(xiàn)象而產(chǎn)生反射，所以近紅外區(qū)ITO薄膜的光透過(guò)率也是很低的，但可見(jiàn)光區(qū)ITO薄膜的透過(guò)率非常好。 ??
IVY)pS"pR" | kP utB 由以上分析可以看出，由于材料本身特定的物理化學(xué)性能，ITO薄膜具有良好的導(dǎo)電性和可見(jiàn)光區(qū)較高的光透過(guò)率。 ??
L7hRFf-o （2）.影響ITO薄膜導(dǎo)電性能的幾個(gè)因素 ??
p6Z |)1O] ITO薄膜的面電阻（R□）、膜厚（d）和電阻率（ρ）三者之間是相互關(guān)聯(lián)的，下面給出了這三者之間的計(jì)算公式。即??
axpZ`BUc R□=ρ/ d （1） ??
oC-v>&bW 由公式（1）可以看出，為了獲得不同面電阻（R□）的ITO薄膜，實(shí)際上就是要獲得不同的膜厚和電阻率。一般來(lái)講，制備ITO薄膜時(shí)要得到不同的膜層厚度比較容易，可以通過(guò)調(diào)節(jié)薄膜沉積時(shí)的沉積速率和沉積的時(shí)間來(lái)制取所需要膜層的厚度，并通過(guò)相應(yīng)的工藝方法和手段能進(jìn)行精確的膜層厚度和均勻性控制。??
j+@3.^vK uFha N\S 而ITO薄膜的電阻率（ρ）的大小則是ITO薄膜制備工藝的關(guān)鍵，電阻率（ρ）也是衡量ITO薄膜性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。公式（2）給出了影響薄膜電阻率（ρ）的幾種主要因素 ρ=m*/ne2τ (2) ??
)U=]HpuzI !I.}[9N 式（2）中，n、τ分別表示載流子濃度和載流子遷移率。當(dāng)n、τ越大，薄膜的電阻率（ρ）就越小，反之亦然。而載流子濃度（n）與ITO薄膜材料的組成有關(guān)，即組成ITO薄膜本身的錫含量和氧含量有關(guān)，為了得到較高的載流子濃度（n）可以通過(guò)調(diào)節(jié)ITO沉積材料的錫含量和氧含量來(lái)實(shí)現(xiàn);而載流子遷移率（τ）則與ITO薄膜的結(jié)晶狀態(tài)、
晶體結(jié)構(gòu)和薄膜的缺陷密度有關(guān)，為了得到較高的載流子遷移率（τ）可以合理的調(diào)節(jié)薄膜沉積時(shí)的沉積溫度、濺射電壓和成膜的條件等因素。 ??
LT"H -fTgs ^GyZycch 所以從ITO薄膜的制備工藝上來(lái)講，ITO薄膜的電阻率不僅與ITO薄膜材料的組成(包括錫含量和氧含量)有關(guān)，同時(shí)與制備ITO薄膜時(shí)的工藝條件（包括沉積時(shí)的基片溫度、濺射電壓等）有關(guān)。有大量的科技文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)分析了ITO薄膜的電阻率與ITO材料中的Sn、O2元素的含量，以及ITO薄膜制備時(shí)的基片溫度等工藝條件之間的關(guān)系，因此本文中不再熬述。
$xWUzg1<U vd)zvI 2.ITO薄膜制成設(shè)備在國(guó)內(nèi)的發(fā)展 ??在國(guó)內(nèi)，ITO薄膜設(shè)備的制造和發(fā)展是20世紀(jì)80年代開(kāi)始的，主要是一些單體式的真空
鍍膜設(shè)備，由于ITO工藝和制成方法的限制，因此產(chǎn)品品質(zhì)較差、產(chǎn)量較小，當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品主要用作普通的透明電極和太陽(yáng)能電池等方面。 ??
\ 5 rJ k/D{&(F ~ 20世紀(jì)90年代初，隨著LCD器件的飛速發(fā)展，對(duì)ITO薄膜產(chǎn)品的需求量也是急劇的增加，國(guó)內(nèi)部分廠家紛紛開(kāi)始從國(guó)外引進(jìn)一系列整廠ITO鍍膜生產(chǎn)線，但由于進(jìn)口設(shè)備的價(jià)格昂貴，技術(shù)服務(wù)不方便等因素，使許多廠商還是望而卻步。我國(guó)充分利用自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和合理的整合各個(gè)方面的外部資源，開(kāi)始了ITO薄膜工藝的開(kāi)發(fā)和設(shè)備的研制，先后研制和推出了四代大型平板顯示ITO薄膜生產(chǎn)線不但滿足了市場(chǎng)的需要，同時(shí)也進(jìn)一步推動(dòng)了ITO薄膜技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展。 ??
R<U]"4CBx 0EF~Ouef 80年代末，中國(guó)誕生了第一條TN-LCD用ITO連續(xù)鍍膜生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線采用的工藝路線是將銦錫合金材料利用直流磁控濺射的原理沉積到基片的表面，并進(jìn)行高溫氧化處理，將銦錫合金薄膜轉(zhuǎn)換成所需的ITO薄膜。這種生產(chǎn)線的特點(diǎn)是設(shè)備的產(chǎn)能較低，質(zhì)量較差，工藝調(diào)節(jié)復(fù)雜。 ??90年代中期，隨著國(guó)內(nèi)LCD產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)ITO產(chǎn)品的需求量增大的同時(shí)，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有了新的要求，因此出現(xiàn)了第二代ITO鍍膜生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線不僅產(chǎn)量比第一代生產(chǎn)線有了大幅度的提升，同時(shí)由于直接采用ITO陶瓷靶材沉積ITO薄膜，并兼容了射頻磁控濺射沉積SiO2薄膜的工藝，使該生產(chǎn)線無(wú)論從產(chǎn)品的質(zhì)量上、還是工藝可控性等方面與第一代生產(chǎn)線相比均有了質(zhì)的飛躍。? ??
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K?OsvX 8x g^="OJ 隨著反射式LCD，增透式LCD、LCOS圖影機(jī)背投電視等顯示
器件的發(fā)展，對(duì)ITO薄膜產(chǎn)品提出了新的要求，SiO2/ITO兩層膜結(jié)構(gòu)的ITO薄膜材料滿足不了使用的需要，而比須采用多層復(fù)合膜系已達(dá)到產(chǎn)品的高反射性、或高透過(guò)率等
光學(xué)性能要求。豪威公司積累多年的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，推出了第四代大型多層薄膜生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線由15個(gè)真空室組成，采用全分子泵無(wú)油真空系統(tǒng)、使用了RF/MF/DC三種磁控濺射工藝、通過(guò)PEM/PCV進(jìn)行工藝氣體的控制。該生產(chǎn)線具有連續(xù)沉積五層薄膜的能力，主要能生產(chǎn)以下一些膜系的薄膜： 1） Al/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2 2） ITO/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2 3） ITO/Ag/ITO（OLED用） 4） 其它多層膜產(chǎn)品隨著PDA、電子書(shū)等觸摸式輸入電子產(chǎn)品的悄然興起，相應(yīng)材料的制成設(shè)備也應(yīng)運(yùn)而生。由于觸摸式產(chǎn)品工作原理的特殊性，其所需的ITO薄膜必須是在柔性材料（PET）上制成的，薄膜的沉積溫度不能太高（小于120℃），同時(shí)要求ITO膜層較薄、面電阻高而且均勻，所以對(duì)ITO薄膜的沉積工藝提出了嚴(yán)格的要求。圖10所示是一條多層膜卷然式鍍膜設(shè)備，專門制作觸摸屏用ITO薄膜等相關(guān)薄膜產(chǎn)品。 ??
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