【P-ITO膜成膜过程中O2分压对ITO膜质的影响】 O2分压最高的部位是

　　摘 要：文章研究了在实际生产过程中，真空磁控溅射设备下制备ITO膜时，高温成膜过程中环境中的氧气分压对ITO薄膜的光电特性的影响。P-ITO指的是结晶状态的ITO膜，在高温环境下ITO膜成膜工艺，也就是常说的高温成膜工艺，在成膜过程中结晶，通过调整成膜过程中O2的分压制备所需的ITO膜。
　　关键词： 直流磁控溅射；基板温度；氧气分压；方块电阻；透过率
　　中图分类号：TN949.199 文献标识码：B
　　
　　The Impact of Partial O2 Pressure in ITO Deposition Process
　　
　　ZHAO Yang, WU Dong-qi, GAO Xue-song
　　(Beijing BOE Display Technology Co., Ltd., Beijing 100176, China)
　　
　　Abstract: In this paper, the optical and electrical properties of ITO thin films prepared by DC magnetron sputtering on various conditions, various partial O2 pressure, are investigated in real production. P-ITO means ITO in crystalline state. ITO deposition process in high temperature is ussally called high temperature deposition process, in which ITO crystallizes. By adjusting partial O2 pressure, expected ITO films can be made.
　　Keywords: DC magnetron sputtering deposition; substrate temperature; O2 pressure; square resistance; transmittance
　　
　　引 言
　　
　　 ITO（indium tin oxide）是一种重参杂的n型半导体材料，它具有较宽的带隙（3.5～4.3eV），较高的载流子密度（1021cm-3）。ITO薄膜具有优良的导电性，高的可见光透过率，以及高的机械强度和化学稳定性。作为透明导电薄膜，可以作为功能性的电极，也可以作为非功能性的屏蔽电场作用，广泛应用于平板显示器件中。
　　 近年来，大尺寸平板显示器发展迅速，在高透过率，低电阻率和大面积均匀性等光电性能上对ITO薄膜提出了更高的要求。而且由于彩色滤光片中使用的有机材料不耐高温，所以对于某些类型的液晶面板，能够低温沉积显得尤为重要。一般而言，导电性提高，透光度便下降，反之亦然。可见光具有80%以上的透光率，其比电阻低于1×10-4Ω/cm，是良好透明导电膜。
　　1 ITO薄膜的导电及结晶机理
　　
　　 在In2O3形成过程中，没有构成完整的理想化学配比结构，晶格中缺少氧原子，因此具有一定的导电性。将SnO2掺杂在 In2O3中，高价的Sn4+离子替换In3+的位置，形成一个正电荷中心Sn4+和一个多余的价电子，因此在In2O3中掺入SnO2是增加了净电子，使晶粒导电性增加。
　　 ITO薄膜在高温沉积过程中，会在成膜过程中实现结晶，Sn在ITO膜中主要以会直接以SnO2的形式存在，所以不需要经过退火处理，直接可以得到较低阻值、较高可见光透过率的目的。
　　
　　2 实 验
　　
　　 本实验采用直流磁控溅射法，在溢流下拉熔制法制造的平板玻璃上沉积ITO薄膜。所用靶材为ITO陶瓷靶（In2O3与SnO2质量百分比为90:10），纯度为99.99%，玻璃基板尺寸为2,200mm×2,500mm×0.7mm，沉积前基板经过AP Plasma、清洗剂清洗、漂洗及吹干。溅射过程中充入氩气作为工作气体，工作气压为0.5Pa，溅射功率密度为0.3349W/cm2，靶面与基板距离为50mm，沉积前预溅射0.5小时，用于清除靶面脏污。设备成膜过程中为在线式，分A/B两个面，glass在经过A面时温度为120℃，在经过B面时温度为230℃，无后退火处理。
　　
　　3 分析与讨论
　　
　　3.1 基板温度分布的影响
　　 基板温度差异在15℃以内，基板在heating chamber内会迅速上升到120℃，在R chamber内会迅速上升到230℃，所以能够保证成膜过程中的温度稳定性。基板测量点，共选择了25个点，平均分布在整张基板上，最边缘点距边缘的距离为20mm。
　　 图1所示为基板温度的测量点位置示意图，调节基板不同位置的温度，可以得到不同光电特性的ITO薄膜。图2所示为基板F1-F6温度分布，图3所示为基板B1-B6温度分布。成膜腔体内水汽分压为86%。
　　 基板测量点如图4所示。
　　
　　3.2 实验设计
　　 具体设计如表1所示。
　　 实际数据如图5、图6所示。
　　 现象一：在相同成膜温度条件下，RS与O2的分压呈微笑曲线关系，在此实验中，RS最低点O2分压为0.3%，但是会根据设备不同及设备内环境不同而有变化，整体趋势不会变化。
　　 现象二：在相同成膜温度条件下，透过率与O2分压在一定范围内呈正比关系，但是当透过率上升到97%～98%的时候会处于稳定状态，当O2分压达到一定量时，透过率由膜厚决定。
　　
　　4 结 论
　　
　　 磁控溅射陶瓷靶制备ITO薄膜，其光电性能受制于几个主要工艺参数：（1）基底加热温度，总的趋势是高比低好；（2）氧含量，影响“工艺窗口”宽窄的关键参数，过高或过低都不行，最佳“工艺窗口”氧气的分压与电阻率的关系如图5所示，在实验过程中，逐渐增加氧气分压所占的比例，当氧气分压增加到0.3%的时候，电阻率最低。这是由于膜中的氧含量直接影响ITO膜中晶格中之氧原子缺陷密度，氧含量越低，缺陷密度越高，电阻率越低；但是之所以氧含量小于0.3%时电阻率较高的原因是ITO膜中的氧原子太少，影响了ITO膜的结晶状态，处于不稳定的状态，所以随着氧气含量在小于0.3%时氧含量随着氧的增多，电阻率会急剧下降；在氧含量大于0.3%时，氧气含量与电阻率成正比关系，原理为当氧气所占的比例越来越高时，其氧气原子便占据薄膜中缺陷的部分，造成氧气原子的缺陷密度降低，所以导致电阻率会缓慢上升。
　　 氧含量逐渐增加导致透过率逐渐增加的原因是，氧含量增加使ITO膜的结晶状态较好，膜层载流子的迁移率上升，但是当氧气含量上升到0.省略。

推荐访问:过程中 影响 ITO 膜成膜