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1、内蒙古师范大学 硕士学位论文 溶胶-凝胶法制备ITO薄膜及其性质研究 姓名：潘洪涛 申请学位级别：硕士 专业：光学 指导教师：周炳卿 20080415 内蒙古师范大学硕士学位论文 中文摘要 掺锡! e 化铟( I T 0 ) 薄膜材料赴种锡掺药鼍的：P 导体材料，I 优良的 光l 泣。斑：能被，。泛的J 追用丁透明导 乜膜的制箭r 。 l o 目前其应朋j 王要足采蹦 溅射泫与奠空沉移j 法n 接沉移：在衬底材料上形成功能性的薄膜，从经济 效盏j 二看，这种制舒 ：艺限制厂I T O 薄膜的7 、蔓用。本课题是以I n C l ，4 H ，O 和S n C l l 5 H 1 0 为一k 婴麒
2、料，采J | 溶睃凝胶法和旋转涂膜一。r ：艺，在玻璃基片 上制矫掺锡氧化铟透明导 乜薄膜( I T O ) 。采用X 射线粉末衍射、紫外一可 见透射光谱和四探针放术，研究了稚一! ，i 和氮气气氛中，不同掺S n 量、 不同热处理滁度和热处理时间对薄脱的微结构、光学和电学性能的影响。 并删原子力够微镜探测了薄膜n 勺彤貌。 对通过无机吉立法制备的薄膜进行分析测试，X 一射线衍射结果表明： 在掺杂过程中S n 4 + 离子代替了I n 3 + 离子的位黄而生成具有立方I n ：0 3 铁锰 矿结构同体。通过原子力娃微镜观察几j 知I T 0 薄膜是由直径大小彳同的纳 米颗粒组成的。 薄膜的最佳
3、二 艺条件为：掺S n 量l l ，热处理温度4 8 0 ，热处理时间 6 0 m i n ，在此条件下制备的I T O 薄膜，在窄气气氛中退火可见光透过率达 8 2 以上，薄膜方阻为3 9 0Q 口；在氮气气氛中退火可见光透过率达8 1 以上，薄膜方阻为3 4 0Q 口。X 射线衍射测 j 薄膜平均晶粒度为5 0 n m 左右。 且氮气气氛中退火使薄膜的性能稍好于在空气气氛中退火的样品。 关键字：掺锡氧化铟薄膜，溶胶一凝胶法，光学性能，方块电阻 内蒙吉师范大学硕士学位论文 A B S T R A C T I n d i u mT i n0 x i d e ( 1 T 0 ) i sat i
4、n d o p e do x i d es e m i c o n d u c t o rm a t e r i a l - I t i sw i d e l yn l a t e r i a lo ft r a n s p a r e n tc o n d u c t i V ef i l mb e c a u s eo fh i g hc o n d u c t i V i t y a n de x c e l l e n tt r a n s p a r e n c y B u tm o s tI T Of i l m sa r em a n u f a c t u r e db yV
5、a c u u m V a p o u rd e p o s i t i o na n di o ns p u t t e r i n gp r o c e s s ，w h i c hl i m i t e di t sa p p l i c a t i o n I n c o m p a r i s o nw i t ht h i s ，U s i n gI n C l 3 4 H 2 0a n dS n C l 4 5 H 2 0 a sr a wm a t e r i a l s ， I T Ot r a n s p a r e n tt h i nf i l m sw e r ep
6、r e p a r e do nc o m m o n9 1 a s ss u b s t r a t eb y s o l g e ls p i n - c o a t i n gp r o c e s s T h ee f f 色c t s o ft h eh e a t t r e a t m e n tt e m p e r a t u r e a n dt h et i m e ，a n dS nd O p a n tc o n t e n to nt h eg r a i ns i z e ，o p t i c a la n de l e c t r i c a l p r o p
7、 e r t i e so ft h eI T 0t h i nm m s w e r ei n V e s t i g a t e db yX 。r a yd i f f r a c t i o n ， U V V i st r a n s m i s s i o n s p e c t f a a n d f o u 卜p r o b e e l e c t r i c a lm e a s u r e m e n t q u e n c h i n gi n a i ra n dN 2 T h es u r f a c em o r p h o l o g yo ft h eI T 0t
8、 h i nf i l m sw a s o b s e e du s i n gA F M T h eI T 0f i l m s p r e p a r e db yi n o r g a n i cs a l t sm e t h o d w e r ei n V e s t i g a t e d T h eX R Dr e s u l t si n d i c a t et h a tt h eI T 0f i l mi sac u b i cb i x b y i t es t r u c t u r e D u r i n gt h ep r o c e s s o fd o p
9、 i n g ，e a c hS n 4 + r e p l a c e sa nI n 3 + d o n a t i n gaf r e e e l e c t r o nf b rt h ec o n d u c t i V i t y T h eA F M sr e s u l t ss h o w e dt h a tt h eI T 0f i l m si s c o m p o s e do fn a n o m e t e r s c a l e dp a r t i c l e s 1 1 内蒙古师范大学硕士学位论文 T h eo p t i m u mp r o c e s
10、 s i n gc o n d i t i o n sa r e11 o fS nd o p a n tc o n t e n ta n d a n n e a l i n gf o r6 0 m i na t4 8 0 U n d e ra b o V eo p t i m u mc o n d i t i o n s ，w ep r e p a r e d t h eI T Of i lm s ，T h ea V e r a g eV i s i b l et r a n s m i t t a n c ei sa b o u t8 2 a n dt h es h e e t r e s
11、i s t a n c ei sa b o u t3 9 0 0 口 w i t hq u e n c h i n gi na ir T h e a V e r a g e V i s i b l e t r a n s m i t t a n c ei sa b o u t8 1 a n dt h es h e e tT e s i s t a n c ei sa b o u t3 4 0 0 口w i t h q u e n c h i n gi nN 2 T h ea V e r a g eg r a i ns i z ei sa b o u t5 0 n m A n dC h ep r
12、 o p e r t i e so f I T 0f i l m sq u e n c h i n gi nN 2i sb e t t e rt h a ni na i r K E YW O R D ：I T 0t h i nf i l m ，S o l - G e lp r o c e s s ，o p t i c a lp r o p e r t i e s ，s h e e t r e s i s t a n c e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果，尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的
13、研究成果，也 不包含本人为获得内蒙古师范大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示感谢。 签名：溘：兰凌日期：乃龆年f 月9 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解内蒙古师范大学有关保留、使用学位 论文的规定：内蒙古师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容 和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：
14、潘姥瘴导师签名：再拥 日期：2 c ) c 沤年多月z D 日 第一章引言 第一章引言 1 1本研究工作的背景及意义 掺锡氧化铟( 1 n d i u mT i nO x i d e ) I T O 是I n 2 0 3 掺杂S n 的半导体材料。由于I T 0 薄膜材料具有优异的光电特性，引起了人们的广泛关注1 1 ，2 ，引。随着薄膜晶体管( T l 丌) ， 液晶显示( L C D ) ，等离子显示( P D P ) 等高新技术的不断发展，I T O 薄膜的需求也在急 剧增加，已经形成了一定的市场规模。由于I T O 薄膜制备技术科技含量高，世界上 仅有少数几个发达国家能够生产，保密十分
15、严格1 4 ，5 】。正因为以上原因，I T O 薄膜的 特性研究，近年来在我国发展很快。为了更好地把握这一发展趋势，结合国际发展背 景，本文研究了用溶胶一凝胶法制备l T O 薄膜材料及其特性。 I T O 成膜是铟的深加工的一个重要方向，逐渐开辟了越来越广泛的应用，因而有 诱人的丌发前景。利用液相法成膜是制备l T O 膜的一个发展趋势，因为它具有工艺 简单，流程可控，设备投资小，镀膜成本低，所镀膜均匀性好，有利于实现快速、连 续、大规模的制膜。因此，研制其工艺及其制备技术，不仅具有重要的理论意义，而 且可以摆脱我国I T O 浆料长期依靠国外进口的状况，具有现实意义。同时，利用液 相法成
16、膜，属于九十年代后兴起的先进技术，产品与技术革新在世界各国都还没有完 全形成强式格局，因此，充分做好基础研究工作，真正有效利用好我国丰富的铟资源， 就有可能在未来十年形成I T O 优势产业。 1 2lT O 薄膜的研究进展及现状f 6 j 制备l T O 薄膜的方法很多【1 卜巧l ，诸如电子束( E B ) 蒸发、磁控溅射蒸发、高密度等 离子体增强( H D P E ) 蒸发与低压直流溅射技术，化学气相沉积( C V D ) 和原子层外( A L E ) 技术，热解喷涂法以及近年来发展起来的大面积成膜的浴胶一凝胶( S 0 1 一G e l ) 技术等。 然而，适于批量生产而又能形成产业的工艺，只有磁控溅射法和溶胶一凝胶法，特别 是溶胶一凝胶法。目i 订具有商业价值的制备技术主要集中S 0 1 G e l 法、磁控溅射法、热 解喷涂法：三种，其中磁控溅射法研究得最为深入。磁控溅射法将主要技术难点转移到 靶材上，无论是靶型还是其成分
