【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(duì)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(guó)內(nèi)用于TFT-LCD的ITO薄膜制備的原料ITO靶材全部依賴進(jìn)口。本文通過研究ITO靶材“中毒”的原因和機(jī)理,通過對(duì)鈮/鈦摻雜ITO靶材“中毒”性及其對(duì)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?yàn)榍腥朦c(diǎn),展開了對(duì)靶材“中毒”機(jī)理的分析研究。結(jié)果表明靶材純度不高時(shí),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?yàn)R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(shí)闡明同樣的機(jī)理致使濺射出的粒子團(tuán)沉積在靶材表面形成結(jié)瘤。研究了 ITO靶材“中毒”對(duì)薄膜主要性能的影響規(guī)律;對(duì)比分析了 Nb/Ti摻雜對(duì)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(duì)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(shí)間較長(zhǎng),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�！爸卸尽笔贡∧ば阅茏儾钪饕w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(duì)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(shí),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?yàn)?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(jìn)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(guó)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：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(jiǎn)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(jí)，具有）、高可見光透過率（５５０ｎｍ波長(zhǎng)處大于８５等獨(dú)特光學(xué)特性［１８］，同時(shí)對(duì)微波具有較強(qiáng)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(gè)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(duì)Ｉｎ的替位式摻雜不會(huì)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(shí)驗(yàn)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(huì)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(shí)，高價(jià)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(huì)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(jī)制隨溫度變化

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2719008