第61卷第4期2009年11月有色金属NonferrousMetalsVol161,No14November.2009氯化物前驱体提拉制备ITO薄膜张鲁玉,刁训刚,郝雷,张金伟,马荣(北京航空航天大学材料物理与化学研究中心,北京100083)摘要:以InCl3·4H2O和SnCl4·5H2O为原料制备溶胶前驱体,采用浸渍提拉法在SiO2玻璃表面制备透明带电的ITO薄膜。采用方块电阻测量仪、紫外/可见光分光光度计、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等分析薄膜的物相结构、微观组织、导电性能及光谱特性。结果表明,薄膜的方块电阻与Sn掺杂量、提拉次数及热处理温度均有关。得到的最佳参数为Sn掺杂量10%(摩尔比)、5次提拉并干燥、500℃热处理1h(炉外空冷)。制得的最佳ITO薄膜方阻为240Ω/□,可见光平均透过率大于90%。关键词:关键词:无机非金属材料;ITO膜;溶胶凝胶;提拉法;透明;导电中图分类号:O61114;TB34文献标识码:A文章编号:1001-0211(2009)04-0051-05收稿日期:2007-09-10基金项目:国家自然科学基金资助项目(90305026)作者简介:张鲁玉(1981-),男,河南开封市人,硕士,主要从事ITO、溶胶凝胶方法等方面的研究。氧化铟锡(Tin2dopedIndiumOxide)即ITO薄膜是一种重掺杂、高兼并n型半导体。其理论电子密度ne可高达1021/cm3,电子迁移率μe在15～450cm2/Vs范围,电阻率可低到7×10-5Ω·cm,对可见光的透射率和红外光的反射率均在90%以上。由于其优异的光电性能,近年来在薄膜晶体管(TFT)、平板液晶显示(LCD)、电致彩色显示(ECD)、太阳能电池透明电极、Low-e玻璃等领域得到迅速而广泛的应用[1-2]。目前制备ITO膜常用的手段主要有磁控溅射法、化学气相沉积法(CVD)、电子束蒸发法、喷雾热分解法和溶胶凝胶法(Sol-Gel)等。工业上主要采用磁控溅射法生产,该方法需要昂贵的设备,靶材利用率低于50%,成本较高。溶胶凝胶法则具有工艺简单,原材料价格相对低廉,设备成本较低并可以方便地大面积成膜等特点[3-5]。国内关于溶胶凝胶法的研究报道相对较少,使用Sol2Gel方法以In和Sn化合物中成本最低的氯化物为原料制备的前驱体在玻璃基底上提拉沉积ITO薄膜。采用四探针仪、可见光/紫外分光光度计、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等设备对样品进行表征并探讨了影响ITO薄膜光电性能的因素。制得的最佳ITO薄膜方阻为240Ω/□,可见光平均透过率大于90%。1实验方法111溶胶配置将一定量InCl3·4H2O与60mL乙酰丙酮混合,在恒温磁力搅拌器上于60℃搅拌3h得到稳定的InCl3溶胶,同时在室温下将适量SnCl4·5H2O溶于10mL无水乙醇,在室温下搅拌,待充分溶解后将这两种液体混合,搅拌均匀后静置24h即得到均匀稳定的ITO溶胶。图1所示为Sol2Gel方法工艺流程框图。图1提拉法制备ITO薄膜过程示意Fig11Technicalprocessofdip2coatingITOsol112提拉制膜在玻璃基底上使用自制提拉设备用提拉法镀膜,其基本结构如图2所示。铁架台上使用万能夹固定一直流电机,电机的转速可由调节输入电压精确控制,其输出轴连接一导轮,在导轮上缠绕提拉带并在带子底端固定一个夹子,带子中部通过一个固定在铁架台上的夹具来稳定。试验中采用的提拉速度均为012cm·s-1。113基底清洗基底的洁净程度对试验结果影响十分明显,所用的石英玻璃基底均是先经过去离子水浸泡超声20min后使用丙酮超声浸泡15min再用无水酒精超声洗涤15min后才进行提拉镀膜的。114退火处理每提拉一次在100℃空气环境下干燥10min,重复一定次数后在500℃空气环境下退火处理1h,炉外空冷,即得到不同厚度的ITO薄膜。图2自制提拉设备结构示意Fig12Schemeoflab-scaledip2coatingdevice2试验结果与讨论211物相结构使用D/max-2200型自动X射线衍射仪对所制备样品进行表征,Cu靶的Kα射线为辐射光源。图3所示为In∶Sn为9∶1(摩尔比),提拉速度为012cm·s-1,经5次提拉及热处理500℃(保温1h,炉外空冷)工艺条件下制得的ITO薄膜。由(222)、(400)两个主要晶面可知该谱线为ITO晶体的X射线衍射谱线,谱线表明,ITO晶体结晶性较好且择优取向不明显,这对降低薄膜的方阻十分有利[6-8]。图3ITO膜XRD图谱Fig13XRDpatternofITOthinfilm再对薄膜进行能谱分析,如图4所示。EDS图谱证明了Si,In,Sn元素的存在,Si是玻片的主要成分,看不到SnO2和SnO的特征峰,说明Sn与In和O形成了化学键,Sn元素已经溶...
