【摘要】：氧化銦錫(ITO)薄膜因其良好的導(dǎo)電性和透光性,成為對薄膜性能要求極高的薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)的主要透明導(dǎo)電(Transparent and Conductive Oxide,TCO)材料,也在逐漸向太陽能電池、柔性襯底器件領(lǐng)域拓展。目前國內(nèi)用于TFT-LCD的ITO薄膜制備的原料ITO靶材全部依賴進口。本文通過研究ITO靶材“中毒”的原因和機理,通過對鈮/鈦摻雜ITO靶材“中毒”性及其對薄膜光電性能影響規(guī)律的研究,確定了減少靶材“中毒”和提高薄膜光電性能的薄膜制備工藝和參數(shù)。首先以研究濺射過程中ITO靶材開裂的原因為切入點,展開了對靶材“中毒”機理的分析研究。結(jié)果表明靶材純度不高時,雜質(zhì)聚集或成分偏析致使靶材電阻率增大、導(dǎo)熱性能下降、靶材晶粒之間的結(jié)合力降低,因濺射過程中的熱應(yīng)力導(dǎo)致靶材在雜質(zhì)富集處或成分偏析處開裂;同時闡明同樣的機理致使濺射出的粒子團沉積在靶材表面形成結(jié)瘤。研究了 ITO靶材“中毒”對薄膜主要性能的影響規(guī)律;對比分析了 Nb/Ti摻雜對ITO靶材產(chǎn)生“中毒”現(xiàn)象的影響。結(jié)果表明,靶材密度和純度是影響中毒程度的主要因素,純度大于99.9%、相對密度大于99.5%的靶材,從最初濺射開始到產(chǎn)生結(jié)瘤的時間較長,結(jié)瘤程度較少;而分別摻入Nb/Ti的靶材,結(jié)瘤并沒有增加。“中毒”使薄膜性能變差主要體現(xiàn)為:薄膜電阻率在中毒前均小于5×10-4Ω·cm,中毒后迅速增加到2×10-3Ω·cm以上,透光率則由大于85%急速下降到80%以下;發(fā)現(xiàn),靶材“中毒”后制備的薄膜表面也有“小丘”生成�！靶∏稹钡男纬蓪�(dǎo)致薄膜致密度降低、表面平整度降低,是導(dǎo)致薄膜導(dǎo)電率和透光率下降的根本原因。系統(tǒng)研究了基片溫度、濺射偏壓、薄膜厚度等參數(shù)對Nb/Ti摻雜的ITO薄膜性能的影響。結(jié)果表明:濺射條件為室溫、濺射偏壓120V時,Nb/Ti摻雜的薄膜晶體結(jié)構(gòu)比較均勻,薄膜表面粗糙度最小,薄膜電阻率低至1.2 X 10-4Ω·cm。不同溫度、偏壓及厚度下Nb/Ti摻雜ITO薄膜透光率均為87%以上,最高為90%。首次在室溫下制備出光電性能良好的ITO薄膜,歸因于室溫下ITO薄膜的擇優(yōu)取向為(400)取向。室溫獲得的高品質(zhì)ITO更好地滿足異質(zhì)結(jié)太陽能電池和柔性襯底電子器件的使用要求,拓展了 ITO薄膜的應(yīng)用領(lǐng)域。首次采用Nb/Ti摻雜制備ITO靶材,首次采用單靶濺射制備Nb/Ti摻雜ITO薄膜;首次從鈮/鈦氧化物粉末及ITO粉末、ITO靶材制備及性能到濺射鍍膜工藝及薄膜性能之間的相互關(guān)系進行了系統(tǒng)研究分析,更清晰地闡述了靶材“中毒”的原因及改善措施,確定了優(yōu)化ITO薄膜制備的工藝參數(shù)。為國產(chǎn)ITO靶材在TFT-LCD領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.2
【圖文】：

應(yīng)用范圍最廣的材料。利用常規(guī)沉積方式高簡并的ｎ型半導(dǎo)體透明導(dǎo)電氧化物薄膜Ｖ＿，電阻率低至１０４Ｑｘｍ數(shù)量級，具有）、高可見光透過率（５５０ｎｍ波長處大于８５等獨特光學(xué)特性［１８］，同時對微波具有較強的板顯不器、發(fā)光二極管（Ｌｉｇｈｔ邋Ｅｍｉｔｔｉｎｇ邋Ｄｉｏｄｅ，、電致變色器件等眾多產(chǎn)業(yè)，并在電磁屏蔽領(lǐng)域［２２］顯示出巨大的應(yīng)用潛力。逡逑的微觀結(jié)構(gòu)逡逑心立方鐵猛礦結(jié)構(gòu)（Ｃｕｂｉｃ邋Ｂｉｘｂｙｉｔｅ邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ），－Ｔｙｐｅ，Ｒａｒｅ邋Ｅａｒｔｈ邋Ｓｅｓｑｕｉｏｘｉｄｅ邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ），空間１．０１１８邋ｎｍ，完整的晶胞中包含８０個原子（７（）］，晶體結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，如圖２－１所示，圖中８ｂ邋Ｉｎ，邋２４ｄ邋Ｉｎ和４８ｅ氧原子。逡逑

Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，邋Ｘ射線衍射）分析，ＩＴＯ薄膜中Ｓｎ對Ｉｎ的替位式摻雜不會改變逡逑ｌｎ２０３的晶體結(jié)構(gòu)。多數(shù)情況下，ＩＴＯ薄膜表現(xiàn)出有（２２２）或（４００）擇優(yōu)取逡逑向（如圖２－２所示），其晶格常數(shù)一般比塊體ｌｎ２０３略大，并隨制備方法和工逡逑藝條件的不同而略有變化。ＩＴＯ晶格常數(shù)的變化主要源于雜質(zhì)缺陷及本征缺逡逑陷引起的晶格畸變。此外，少數(shù)研究者的實驗中還觀察到了晶格常數(shù)收縮的逡逑現(xiàn)象［７１’７２］。逡逑（Ｎ逡逑？逡逑８邐＾逡逑0逡逑一邐Ｉ邐＾逡逑ｆ邐？邐（Ｄ逡逑Ｓ邐ｐ邋三刁云二完一一了逡逑？邋ｓ邋＾邋ＳＩＳ邋５邋Ｓ，逡逑ＩＩＩ邋Ｍｉｌ邋Ｉ邋Ｉ邋Ａｍｉ邋ＩＩＩ．．．．．．人邐？．邋＊逡逑２０邐３０邐４０邐５０邐６０逡逑２０邋／邋ｄｅｇｒｅｅ逡逑圖２－２典型的ＩＴＯ薄膜的ＸＲＤ圖譜逡逑Ｉｎ３＋位于立方面心處，0２－位于Ｉｎ３＋的四面體空隙處。理想的Ｉｎ２0３結(jié)構(gòu)中逡逑Ｉｎ３＋是滿態(tài)，與0２－完全結(jié)合，當(dāng)部分四面體空隙中的0２＿成為無序后，會留逡逑出空位，形成氧空位，即Ｉｎ２0３－ｘ結(jié)構(gòu)，存在多余的自由電子，表現(xiàn)出一定的逡逑導(dǎo)電性；同時，高價態(tài)的正離子如Ｓｎ４＋摻雜在ｌｎ２０３中，在晶格中替代Ｉｎ３＋逡逑的位置，Ｓｎ４＋的存在會提供導(dǎo)電電子到導(dǎo)帶，形成ｎ型摻雜，提高ＩＴＯ薄膜逡逑的導(dǎo)電性。但晶格常數(shù)和導(dǎo)電機制隨溫度變化

【參考文獻】

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1 劉曉成;魏建宏;周耀渝;張嘉超;羅琳;;ITO的光學(xué)與電學(xué)應(yīng)用研究進展[J];當(dāng)代化工;2017年12期

2 金鶴;周靈平;朱家俊;符立才;楊武霖;李德意;;空間太陽電池玻璃蓋板表面超薄ITO防靜電層的設(shè)計及制備工藝[J];材料導(dǎo)報;2017年17期

3 李亞瑋;胡志強;徐書林;;FTO上濺射ITO薄膜及光電性能[J];大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2017年04期

4 邱陽;陳玉峰;祖成奎;金揚利;;ITO薄膜的研究進展[J];現(xiàn)代技術(shù)陶瓷;2016年05期

5 彭壽;蔣繼文;李剛;張寬翔;楊勇;姚婷婷;金克武;曹欣;徐根保;王蕓;;直流磁控濺射工藝對ITO薄膜光電性能的影響[J];硅酸鹽學(xué)報;2016年07期

6 Allag Abdelkrim;Sad Rahmane;Ouahab Abdelouahab;Attouche Hafida;Kouidri Nabila;;Optoelectronic properties of SnO_2 thin films sprayed at different deposition times[J];Chinese Physics B;2016年04期

7 劉宏燕;顏悅;望詠林;伍建華;張官理;厲蕾;;透明導(dǎo)電氧化物薄膜材料研究進展[J];航空材料學(xué)報;2015年04期

8 王秀娟;司嘉樂;楊德林;谷錦華;盧景霄;;射頻磁控濺射低溫制備ITO薄膜[J];人工晶體學(xué)報;2015年06期

9 黃成亮;李永波;張勇;王明;張塬昆;賈增民;;濺射時間對室溫沉積ITO薄膜光電性能的影響[J];人工晶體學(xué)報;2015年04期

10 陳晨;楊洪星;唐文虎;;磁控濺射ITO薄膜結(jié)構(gòu)和性能的研究[J];電子工業(yè)專用設(shè)備;2014年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李世濤;透明導(dǎo)電ITO及其復(fù)合薄膜的研究[D];華中科技大學(xué);2006年

本文編號：2719008