ito透明导电薄膜研究现状及应用

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1、ITO透明導電薄膜的研究現狀及應用透明導電薄膜的研究現狀及應用    2004-2-18    透明導電薄膜的研究現狀及應用          李世濤喬學亮陳建國    （武漢華中科技大學模具技術國家重點實驗室）            摘要：綜述了當前透明導電薄膜的最新研究和應用狀況，重點討論了ITO膜的光電性能和當前的研究焦點。指出了目前需要進一步從材料選擇、工藝參數制定、多層膜光學設計等方面來提高透明導電膜的綜合性能，使其可見光平均透光率達到92%以上，從而滿足高尖端技術的需要。    關鍵字：透明導電，薄膜，平均透光率，

2、ITO，電導率        1前言        透明導電薄膜的種類有很多，但氧化物膜占主導地位（例如ＩＴＯ和ＡＺＯ膜）。氧化銦錫（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ簡稱爲ＩＴＯ）薄膜、氧化鋅鋁（Ａｌ－ｄｏｐｅｄＺｎＯ，簡稱ＡＺＯ）膜都是重摻雜、高簡並ｎ型半導體。就電學和光學性能而言，它是具有實際應用價值的透明導電薄膜。金屬氧化物透明導電薄膜（ＴＣＯ：ＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔａｎｄＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＯｘｉｄｅ的縮寫）的研究比較早，Ｂａｋｄｅｋｅｒ於１９０７年第一個報道了ＣｄＯ透明導電薄膜。從此人們就對透明導電薄膜産生了濃厚的興趣，

3、因爲從物理學角度看，透明導電薄膜把物質的透明性和導電性這一矛盾兩面統一起來了。１９５０年前後出現了硬度高、化學穩定的ＳｎＯ２基和綜合光電性能優良的Ｉｎ２Ｏ３基薄膜，並製備出最早有應用價值的透明導電膜ＮＥＳＡ（商品名）－ＳｎＯ２薄膜。ＺｎＯ基薄膜在２０世紀８０年代開始研究得火熱。ＴＣＯ薄膜爲晶粒尺寸數百納米的多晶；晶粒取向單一，目前研究較多的是ＩＴＯ、ＦＴＯ（Ｓｎ２Ｏ：Ｆ）。１９８５年，ＴａｋｅａＯｊｉｏＳｉｚｏＭｉｙａｔａ首次用汽相聚合方法合成了導電的ＰＰＹ－ＰＶＡ複合膜，從而開創了導電高分子的光電領域，更重要的是他們使透明導

4、電膜由傳統的無機材料向加工性能較好的有機材料方面發展。    透明導電膜以其接近金屬的導電率、可見光範圍內的高透射比、紅外高反射比以及其半導體特性，廣泛地應用於太陽能電池、顯示器、氣敏元件、抗靜電塗層以及半導體／絕緣體／半導體（ＳＩＳ）異質結、現代戰機和巡航導彈的窗口等。由於ＩＴＯ薄膜材料具有優異的光電特性，因而近年來得以迅速發展，特別是在薄膜電晶體（ＴＦＴ）製造、平板液晶顯示（ＬＣＤ）、太陽電池透明電極以及紅外輻射反射鏡塗層、火車飛機用玻璃除霜、建築物幕牆玻璃等方面獲得廣泛應用，形成一定市場規模。    製備透明導電薄膜的方

5、法很多：物理汽相沈積（ＰＶＤ）（噴塗法、真空蒸發、磁控濺射、高密度等離子體增強（ＨＤＰＥ）蒸發、脈衝鐳射沈積（ＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，簡稱ＰＬＤ）技術、化學汽相沈積（ＣＶＤ）、原子層外延（ＡＬＥ）技術、反應離子注入以及溶膠－凝膠（Ｓｏｌ－Ｇｅｌ）技術等。然而，適合於批量生産且已經形成産業的工藝，只有磁控濺射法和溶膠－凝膠法。特別是，濺射法由於具有良好的可控性和易於獲得大面積均勻的薄膜，而被廣泛應用於顯示器件中ＩＴＯ薄膜的製備。美歐和日本均在發展ＩＴＯ産業，其中日本夏普、日本電氣和東芝三大公司都在其工廠內開發

6、ＩＴＯ薄膜。深圳幾家導電玻璃公司在進口和國產生產線上製造ＬＣＤ用導電玻璃。而ＡＺＯ薄膜由於其在實用上還有許多問題，現在還處於研究階段。綜上所述，ＩＴＯ薄膜性能優異，製造技術成熟，産品應用廣泛，需求量巨大，産業化前景看好。        2透明導電膜的性能        透明導電膜是指：１）對可見光（λ＝３８０～７８０ｎｍ）的光透射率高；２）電導率高。確切地說，可見光的平均透光率Ｔａｖｇ＞８０％，電阻率在１０－３Ω·ｃｍ以下的薄膜才能稱爲透明導電膜。透明就意味著材料的能帶隙寬度大（Ｅｇ＞３ｅＶ）而自由電子少。另一方面，電導率高的

7、材料又往往自由電子多而像金屬，從而不透明。只有能同時滿足這兩種條件的材料才能使用在透明導電膜上，這就從理論和工藝上給人們提出了有趣的矛盾。爲了使透明金屬氧化物膜具有一定的導電性，就必須使薄膜材料的費米半球的中心偏離動量空間原點。根據固體物理學的理論，可以利用“載流子密度”的“雜質半導體”技術，製備既有較高的電導率又有良好透光性能的薄膜。現在製備透明導電膜的技術有兩種：１）造成氧空位在；２）摻雜。        2.1ITO薄膜的結構    用ＳＥＭ（掃描電鏡）研究了採用各種技術生長的ＩＴＯ薄膜的微結構，結果表明：各種方法製備的

8、ＩＴＯ膜都爲立方鐵錳礦多晶結構（即立方Ｉｎ２Ｏ３結構）。工藝不同其多晶結構主取向不同，也會稍微影響其晶格常數。組成多晶體的大晶粒中含有亞晶粒區Ｉｎ２Ｏ３。        2.2ITO薄膜的電學性質    ＩＴＯ膜的主要成分是Ｉｎ２Ｏ３，其禁帶寬度爲３．７５～４．０ｅＶ，所以Ｉ