综合评述ITO薄膜产业化进程概述□北京有色金属研究总院李玉增□1ITO薄膜发展概况氧化铟锡(Indium2Tin2Qxide)或掺锡氧化铟(Tin2dopedIndiumOxide)薄膜是一种重掺杂、高简并n型半导体,简称ITO薄膜。目前,ITO薄膜的电子密度ne可高达1021�cm3,电子迁移率Λe在15～450cm2�Vs范围,电阻率可低到7×10-58·cm,对可见光的透射率在90%以上,对红外光的反射率也在90%以上。因此,就其电学和光学性能而言,具有实际应用价值。由于ITO薄膜材料具有优异的光电特性,因而近年来得以迅速发展,特别是在薄膜晶体管(TFT)、平板液晶显示(LCD)、太阳能电池透明电极以及红外辐射反射镜涂层、火车飞机用玻璃除霜、建筑物幕墙玻璃等方面获得广泛应用,形成了一定市场规模。制备ITO导电薄膜的方法很多,诸如属于物理气相沉积(PVD)范围的电子束(EB)蒸发、磁控溅射、高密度等离子体增强(HDPE)蒸发与低压直流溅射技术,化学气相沉积(CVD)和原子层外延(ALE)技术以及近年来发展起来的可大面积成膜的溶胶—凝胶(Sol-Gel)技术等。然而,适于批量生产而又已经形成产业的工艺,只有磁控溅射法和溶胶—凝胶法,特别是低压直流磁控溅射法。美欧和日本均在大力发展ITO产业,特别是日本,夏普、日本电气和东芝三大公司都在其工厂内开发ITO薄膜。我国深圳几家导电玻璃公司也在进口和国产生产线上制造LCD用导电玻璃。另有几家公司在制造涂有ITO薄膜的建筑物幕墙玻璃。综上所述,ITO薄膜性能优异,制造技术成熟,产品应用广泛,市场发育迅速,产业化前景看好[1]。2ITO薄膜结构、性能与应用研究进展211ITO薄膜的结构经扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和平面图像高分辨率电镜(HREM)研究采用各种技术生长的ITO薄膜的微结构表明,该材料是复杂的立方铁锰矿型结构(即立方In2O3结构)的多晶体,组成多晶体的大晶粒中含有亚晶粒区。·11·1998年第11期世界有色金属综合评述212ITO薄膜的电学性质ITO薄膜实际上是一种高简并的n型半导体,这归因于掺锡和形成氧空位使其导电粒子——电子密度大大增加(1021�cm3)和电阻率急剧下降7×10-58·cm。如此高的载流子浓度是由于两种不同的施主——替位式锡原子和氧空位分布于材料中,使ITO薄膜电导率很接近于金属导体,这一关键参数正比于载流子浓度和载流子迁移率的乘积(如电子半导体的电导率Ρe=neeΛe,式中ne为电子浓度,Λe为电子迁移率,e为电子电荷),所以,很明显它取决于材料的微结构。Sn4+与In3+的半径相近,所以Sn4+将置换部分In3+。为保持电中性,易变价的Sn4+将俘获一个电子而变成Sn4+·e即Sn3+。这个电子与Sn3+的联系是弱束缚的,是载流子来源之一。In2O3中掺人10mol%的高价锡离子(Sn4+),便可实现高电导率ITO,掺锡后的In2O3可表示为In3+2-xSn3+x·O3,即掺杂后反应可表示为In2O3+xSn4+→In3+2-x(Sn4+·e)xO3+xIn3+在还原处理ITO靶材时,In2O3中的部分氧离子(O2-)脱离原晶格,留下的电子使部分铟离子(In3+)变为低价的In+,即符合化学计量比的In2O3变为In3+2-xIn+xO2-3-x,即形成氧空位的反应可表示为In2O3还原处理→In3+2-x(In2+x·2e)xO2-3-x+x2O2↑213ITO薄膜的光学性质ITO薄膜在可见光区(400～800mm)是透明的,其透射率在90%以上。而其红外光的反射率也在90%以上。如此高的可见光透射率和红外光反射率同低电阻率相结合,使ITO薄膜成为典型的透明导电薄膜材料。在一定意义上讲,将宽禁带的透明绝缘体In2O3,通过掺锡和形成氧空位转变为高简并半导体或透明导电ITO薄膜,这是材料改性研究或功能设计的成功,无论是在理论上还是在应用开发上都有重要意义。图1示出ITO薄膜透射光谱[2,3,5]。图1ITO薄膜透射光谱3ITO薄膜的产业化应用311平面液晶显示由于ITO薄膜既能导电又在可见光区透明,还具有良好的刻蚀性,因而ITO导电玻璃可大量用于平面液晶显示(LCD)、电致发光显示(ELD)、电致彩色显示(ECD)等。目前在各类显示器件中,LCD的产值仅次于显像管(CRT)。随着液晶显示器件向大面积化、高等级化和彩色化发展,ITO将超过CRT成为显示器件领域中的主流产品。312太阳能电池电极ITO薄膜可用于异质结(SIS)太阳能电池的顶部氧化物层,可使电池的能量转换效率提高,还可用作Α2Si太阳能电池的透明电极。313热辐射反射镜ITO薄膜对光波的选择性(即对...
