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ITO薄膜的制备及优化设计

作　者: 葛亚爽
导　师: 姚宁
学　校: 郑州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: ITO EFDMS 磁控溅射 表面粗糙度 光电性能 表面形貌
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


透明导电薄膜(ITO)作为一种独特的光电功能材料,兼具了较高的可见光透过性和良好的导电性能,受到人们的青睐。由王其优异的光电特性,使其在太阳能电池、气体传感器、液晶显示等领域得到了广泛应用。随着相关领域在光电转换、发光亮度等方面进一步的深入研究和开发,对系统组成部分(包括ITO)提出了更加苛刻的要求。例如,ITO薄膜层作为新一代显示器件OLED的射出面并担负透明阳极材料,其性能优劣直接关系到OLED器件的性能。而OLED用ITO除了高标准的光电性能要求,对OLED器件起关键作用的粗糙度方面更需要严格控制。围绕制备这种高要求的ITO薄膜,本文计划分为两大步完成这个目标：一、对影响ITO薄膜的几个重要工艺参数：氧氩比、溅射压强、温度、功率进行探讨优化,找到制备ITO的最优制备条件。二、在最优条件下,使用该实验室自主研发的能量过滤磁控溅射(EFDMS)技术进行进一步的研发制备。本论文主要结论如下：对氧氩比、溅射压强、温度、功率几个工艺参数进行了探讨优化,找出了制备符合要求的ITO透明导电薄膜的最优参数区间。分别为：在Ar流量保持44sccm的情况下,控制02流量在0.6sccm左右时,透过率可达85%以上并可保证较低的电阻率,此时制备出的ITO薄膜有较强的衍射峰。对于溅射压强,取0.%0.9pa,可制备出有高透过率、低电阻的ITO薄膜。温度选定范围为75℃-375℃,实验表明375℃条件下制备的ITO薄膜光电性能最为优越。并且SEM表征,375℃条件下制备的ITO薄膜消除了凹坑等晶界缺陷,晶体结构更加有序,表面更加平整。功率提供沉积粒子能量促使晶粒的长大,但在平行方向受到其它晶粒和基片的抑制,最终导致晶粒柱状生长,形成尖峰,从而增大了表面粗糙度。因此,尽可能的降低功率可制备出高性能、低粗糙度的ITO薄膜。使用EFDMS技术制备可对制备的ITO透明导电薄膜进行进一步的优化。而就有着直接影响的网栅的网孔大小进行研究,得出600目网栅制备的ITO薄膜晶粒更加细小,表面更加平整。但EFDMS技术降低了沉积速率,于是采用EFDMS技术在常规磁控溅射(DMS)技术基础上加镀第二层ITO制备双层ITO薄膜,这样可以提高ITO薄膜粗糙度和沉积速率的同时,又不影响其光电性能,从而节约了靶材。实验比较了90+20、95+15、100+10(nm)三种组合和DMS、EFDMS技术所制备ITO样品的薄膜形貌、晶粒大小、光电性能。结果表明：在总厚度保持110nm, EFDMS技术沉积厚度为20nm时,即90+20组合双层ITO薄膜粗糙度可降低到1.259nm,同时其光学透射率达到90%,电阻率也只有2.454×10-4Ω·cm。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
1 绪论  10-15
  1.1 引言  10-11
  1.2 国内外发展现状  11-13
  1.3 本文的研究工作和内容  13-15
    1.3.1 研究目的  13
    1.3.2 研究内容  13-14
    1.3.3 创新点  14-15
2 ITO薄膜理论基础  15-30
  2.1 引言  15
  2.2 ITO薄膜的制备方法  15-20
    2.2.1 真空蒸发法  15-17
    2.2.2 溶胶凝胶法  17-18
    2.2.3 喷雾热分解法  18-19
    2.2.4 化学气相沉积法  19-20
  2.3 磁控溅射原理  20-22
    2.3.1 溅射  20-21
    2.3.2 磁控溅射工作原理  21-22
  2.4 ITO薄膜的透明导电机理  22-27
    2.4.1 导电机理  22-26
    2.4.2 可见光透射机理  26-27
  2.5 ITO薄膜的沉积成膜理论  27-30
    2.5.1 溅射成膜过程  27
    2.5.2 Thorton理论  27-30
3 ITO工艺参数优化设计  30-45
  3.1 引言  30
  3.2 实验条件  30-33
    3.2.1 实验设备  30-31
    3.2.2 样品制备  31-32
    3.2.3 样品测试表征方法  32-33
  3.3 气体流量比对ITO薄膜的影响  33-36
  3.4 溅射压强对ITO薄膜的影响  36-38
  3.5 温度对ITO薄膜的影响  38-41
  3.6 功率对ITO薄膜的影响  41-45
4 双层ITO薄膜的制备与研究  45-56
  4.1 引言  45
  4.2 能量过滤磁控溅射技术(EFDMS)介绍  45-47
  4.3 网孔大小对ITO薄膜的影响  47-49
  4.4 EFDMS沉积厚度对ITO薄膜粗糙度的影响  49-54
    4.4.1 引言  49-50
    4.4.2 实验  50
    4.4.3 结果和讨论  50-54
  4.5 结论  54-56
5 结论  56-58
  5.1 本文的主要结论  56-57
  5.2 本论文的创新之处  57
  5.3 论文需要完善之处  57-58
参考文献  58-62
致谢  62-63
个人简历与硕士期间发表论文  63

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 薄膜物理学 > 薄膜的生长、结构和外延
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