ITO导电薄膜的制备工艺及应用分析

来源:实用热处理手册作者:樊东黎

  一种作法是直接加热蒸发In2O3和SnO2的混合膜料,由于膜料的蒸发温度太高,因此必须采用电子束轰击加热,而不适合在工业化生产中应用。另一种作法是使用电阻加热蒸发舟蒸发熔点低的In和Sn混合料,同时反应室中通入氧气,通过反应生成ITO膜。这种方法设备简单、成本低。但要得到性能优良的膜,沉积时基片必须加热到较高的温度,并且必须进行热处理

  近年来,为了提高膜的质量和降低基片温度,发展了等离子体辅助蒸发制备ITO膜的方法 ,即在真空室中增设电极,施加直流电压,形成直流辉光放电等离子体。由于等离子体对基片的轰击和对膜料分子的活化作用,提高了膜的质量,降低了基片温度。但是基片温度仍然维持在200 ℃以上,而且由于直流辉光放电条件的限制,氧分压必须维持在100Pa以上(在较低的氧分压下,放电将熄灭)。我们知道决定ITO膜电学性能的最主要的参量之一是氧空位的浓度,低的氧分压有可能形成高浓度的氧空位,以获得高的电导率。

  3.3 溶胶- 凝胶(Sol-Ge) 法

  溶胶-凝胶法是制备高性能颗粒、纤维和薄膜的新型方法,80年代初将溶胶-凝胶法应用于镀ITO膜,将异丙醇铟[In(OC3H7)3]和异丙醇锡[Sn(OC3H7 4]溶于酒精,超声混合成溶胶,再用旋转法或提拉法镀在玻璃表面,陈化后进行400~500℃的热处理除去有机成分,然后在还原气氛中冷却到200℃以下。用溶胶-凝胶法可以镀10~12m^2大面积的膜,以制备低辐射(LE)玻璃与中空玻璃。

  此法易于控制薄膜的成分,可以在分子水平控制掺杂,适合掺杂水平要求精确的薄膜,同时可使原材料在分子水平紧密结合,薄膜高度均匀,通过选择溶剂、调整浓度、添加催化剂,可以容易地控制溶胶性质,控制膜厚度,提拉法还可以双面镀膜。

  总之,溶胶- 凝胶法无需真空设备,工艺简单,适用于大面积且形状复杂的基体,对基体无损伤,对ITO薄膜的大型产业化有非常重要的作用。

  用溶胶- 凝胶法制备光电性具佳的ITO膜受到很多因素的影响,其中包括:掺Sn比例、金属离子浓度、提拉速度、烧制温度等。只有选择合适的掺Sn比例(12%左右) 、尽量大的金属离子浓度(约0.64M) 、适当的提拉速度、尽可能高的温度才能制备出优良的ITO膜。

  4、应用

  ITO薄膜因其透明、导电的优良性能而应用广泛。目前主要的应用领域有平板液晶显示(LCD)、电致发光(ELD)、太阳能电池透明电极;由于它对光波的选择性(对可见光的高透过率,对远红外光的高反射率)可作为低辐射玻璃,用于寒冷地区的建筑玻璃窗起热屏障作用,在高纬度的地方采用低辐射玻璃热量传输损失可降低40%左右;由于ITO玻璃导电,可使用在需要屏蔽电磁波的场所,如计算机机房、雷达的屏蔽保护区甚至隐形飞机上,可以做防电磁干扰的透明屏窗或屏蔽层;由于ITO薄膜的折射率(在1.8~1.9的范围内)和导电性,它适合用于硅太阳能电池的减反射涂层和光生电流的收集,在光热转换利用中,作为有效利用太阳热的选择性透过膜,把热能有效地“捕集”到太阳能收集器中。