氧化铟锡薄膜熔化阈值论文
非晶镁铟锡氧薄膜晶体管的制备及退火对其性能的影响
非晶镁铟锡氧薄膜晶体管的制备及退火对其性能的影响王韬;张希清【摘要】为了优化镁铟锡氧薄膜晶体管(MITO-TFT)的性能,采用磁控溅射法制备MITO-TFT并分别研究了退火温度和退火气氛(O2流量)对器件性能的影响.实验结果表明,O2流量为400 cm3/min、退火温度为750℃的MITO薄膜为非晶态,且其对应薄膜晶体管有最佳性能,其饱和迁移率为12.66 cm2/(V·s),阈值电压为0.8 V,开关比达到107.适当的退火处理可以有效减少缺陷与界面态密度,并提高器件性能.%In order to optimize the performance of Mg-In-Sn-O thin film transistors ( MITO-TFTs) , MITO-TFTs were fabricated by radio frequency magnetron sputtering. The electrical properties on the effect of the annealing temperature and annealing ambient ( O2 flow rate) were investigated. The 750℃ annealed MITO thin film with 400 cm3/min O2 flow is amorphous and the corresponding TFT shows best performance with saturation field effect mobility of 12. 66 cm2/(V·s), threshold voltage of 0. 8 V and on/off ratio reaches 107 . Proper annealing will reduce defect and interface states den-sity, improve the device performance effectively.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2017(038)011【总页数】6页(P1539-1544)【关键词】MITO-TFT;氧化物半导体;迁移率;退火温度;退火氧气流量【作者】王韬;张希清【作者单位】北京交通大学光电子技术研究所,北京 100044;北京交通大学光电子技术研究所,北京 100044【正文语种】中文【中图分类】TN321+.5近年来，以氧化锌(ZnO)及其二元、三元衍生物如铟锌氧(IZO)、锌锡氧(ZTO)、锌铟锡氧(ZITO)、铟镓锌氧(IGZO)等为代表的氧化物薄膜晶体管(TFT)受到了研究人员的广泛关注[1-11]。
氧流量对铟锡氧化物薄膜光电性能的影响
氧流量对铟锡氧化物薄膜光电性能的影响
李世涛;乔学亮;陈建国
【期刊名称】《稀有金属材料与工程》
【年(卷),期】2006(35)1
【摘要】采用射频磁控溅射法,在不同氧流量(0~10sccm)的条件下沉积了铟锡氧化物(In2O3-SnO2)透明导电薄膜。
紫外分光光度计测试薄膜的透射率,四点探针测试薄膜的方阻,椭偏仪测试薄膜的复折射率和薄膜厚度,XPS测试ITO薄膜的成分和电子结构。
结果表明:薄膜的沉积速率和折射率与氧流量有关,薄膜厚度为60nm,氧流量在9sccm时,透射率超过80%(波长λ=400nm^700nm,包括玻璃基体),退火后透射率、方阻明显改善。
XPS分析表明,薄膜中的亚氧化物的存在降低了薄膜的光电性能,控制氧流量可减少亚氧化物。
【总页数】4页(P138-141)
【关键词】磁控溅射;铟锡氧化物;透明导电薄膜;氧流量
【作者】李世涛;乔学亮;陈建国
【作者单位】华中科技大学模具技术国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.4
【相关文献】
1.工艺参数对氧化铟锡薄膜光电性能的影响 [J], 常天海
2.氧分压对直流磁控溅射铟锡氧化物(ITO)导电薄膜结构和性能的影响 [J], 吴茵;廖
红卫;陈曙光;陈建兵
3.非晶镁铟锡氧薄膜晶体管的制备及退火对其性能的影响 [J], 王韬;张希清
4.光电器件用铟锡氧化物ITO薄膜的制备及特性研究 [J], 周之斌;张亚增
5.氧离子后处理对氧化铟锡(ITO)薄膜电学和光学性能的影响 [J], 郭向茹;周灵平;彭坤;朱家俊;李德意
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毕业论文-氧化铟锡透明电极光学特性研究
氧化铟锡透明电极光学特性研究摘要ITO透明导电薄膜材料具有优良的光电特性，因此近年来得以迅速发展，特别是在薄膜晶体管TFT制造、平板液晶显示LCD、太阳能电池透明电极等方面获得广泛应用并形成一定的市场规模。
此次毕业设计针对ITO薄膜的光电性质进行探究。
本文对于ITO透明导电薄膜的制备刻蚀和光电性能进行了研究。
分析了ITO 在导电薄膜中所处于的地位并展望了其未来的发展方向；针对ITO薄膜的透明导电原理进行分析阐述；通过光刻方法制备了不同图案的ITO透明电极，并通过实验测试了ITO电极的电阻率和光谱透射率；以及测定ITO电阻率和光谱透射率对其性能进行探究分析。
关键词：ITO；透明导电薄膜；光电特性；光刻刻蚀；光谱透射曲线ABSTRACTITO transparent conductive thin films have an excellent optical and electrical properties.That’s why it developed rapidly in recent years, particularly was widel y used in the field of manufacture of the thin film transistor TFT fabrication, flat panel liquid crystal display LCD, solar cell transparent electrode ,etc.And it has a certain size of market.The graduation project is going to do a rearch on the exploration for the optoelectronic properties of ITO films.This article is on the study of etching and electro-optical properties of ITO transparent conductive film.The study includes analysis of the status and the future of the ITO conductive film,the principle of ITO transparent conductive film,the study on the preparation of ITO transparent conductive film,the experiments on etching pattern on the ITO and the measurement of resistivity and spectral transmittance of ITO transparent conductive film.Keywords:ITO; transparent conductive film; optical and electrical properties; lithographic etching; spectral transmission curve目录1绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3研究内容、思路及技术支持 (3)2ITO透明导电薄膜的原理 (4)2.1ITO薄膜的光电原理 (4)2.2ITO透明导电膜的特性 (5)2.2.1ITO透明导电膜的基础特性 (5)2.2.2ITO透明导电薄膜的两种类型及相关参数 (5)2.3ITO薄膜的制备方法 (5)2.3.1磁控溅射沉积 (6)2.3.2各种制备方法比较 (8)3ITO透明导电薄膜刻蚀实验 (9)3.1实验方案设计 (9)3.2实验器材 (11)3.3ITO薄膜光刻实验 (11)3.3.1ITO薄膜的准备 (12)3.3.2 甩光刻胶 (12)3.3.3前烘 (13)3.3.4 曝光与显影 (13)3.3.5后烘 (15)3.3.6检查光刻结果 (15)3.4ITO薄膜化学蚀刻实验 (16)3.4.1配置刻蚀液 (16)3.4.2化学刻蚀图案 (17)4ITO透明导电薄膜光电性能研究 (18)4.1 实验方案设计 (18)4.2 实验器材 (18)4.3ITO薄膜光电性能测试实验 (18)4.3.1测定电阻比较实验 (18)4.3.2透射率测定实验 (19)4.3.3ITO薄膜光谱透射率测定实验 (21)5总结 (25)参考文献 (26)致谢 (28)1绪论1.1 研究背景印刷电子技术是把传统的印刷技术和电子技术合二为一的新型技术，它把传统印刷技术应用到电子制造生产上。
氧化铟锡（ITO）薄膜溅射生长及光电性能调控
表面技术第51卷第8期氧化铟锡（ITO）薄膜溅射生长及光电性能调控雷沛1,2，束小文3，刘培元3，罗俊杰1,2，李佳明1,2，郝常山1,2，纪建超1,2，张旋1,2（1.北京航空材料研究院股份有限公司，北京 100095；2.北京市先进运载系统结构透明件工程技术研究中心，北京 100095；3.陆军装备部驻北京地区航空军事代表室，北京 100039）摘要：目的选取影响氧化铟锡（ITO）薄膜生长关键的3种参数，即薄膜生长的氧气流量、薄膜厚度和热处理退火，系统研究其对ITO薄膜光学和电学性能的影响规律。
方法采用直流溅射法，在氩气和氧气混合气氛中溅射陶瓷靶材制备ITO薄膜样品。
利用真空热处理技术对所制备的ITO薄膜进行真空退火处理。
通过表面轮廓仪测试厚度、X-射线衍射仪（XRD）表征结构、X-射线光电子能谱仪（XPS）分析元素含量、分光光度计测试透过率和四探针测试薄膜方块电阻，分别评价薄膜厚度、光学性能和电学性能，并对比研究热处理对薄膜结构和光电性能的影响规律。
结果电阻率随氧气流量的增加呈现出先缓慢后急剧升高的规律，在氩气和氧气流量比为150∶8时，可得到400 nm厚、电阻率为8.0×10‒4 Ω·cm的ITO薄膜。
厚度增加可降低薄膜电阻率，氧气流量的增加可明显改善薄膜透光性。
通过真空热处理可提高室温沉积ITO薄膜的结晶性能，较大程度地降低电阻率。
在真空热处理条件下增大薄膜厚度可降低薄膜电阻率，氧气流量增加不利于ITO薄膜电阻率的降低。
在氩气和氧气流量为150∶6条件下制备的ITO薄膜，经500 ℃真空热处理后电阻率可达到最低值（2.7×10‒4 Ω·cm）。
结论通过调控氧气流量和厚度来优化ITO薄膜的结构和氧空位含量，低温下利用磁控溅射法可制备光电性能优异的ITO薄膜；真空热处理可提高薄膜结晶性能，通过氧气流量、厚度和热处理温度3种参数调控可获得最低电阻率的晶态ITO薄膜（2.7×10‒4 Ω·cm），满足科技和工程领域的需求。
ITO(氧化铟锡)
因为铟的价格高昂和供应受限、ITO层的脆弱和柔韧性的缺乏、以及昂贵的层沉积要求真空，其它取代物正被设法寻找。碳纳米管导电镀膜是一种有前景的替代品。这类镀膜正在被Eikos发展成为廉价、力学上更为健壮的ITO替代品。PEDOT和PEDOT:PSS已经被爱克发和H.C. Starck制造出来.PEDOT:PSS层已经进入应用阶段（但它也有当暴露与紫外辐射下时它会降解以及一些其他的缺点）。别的可能性包括诸如铝-参杂的锌氧化物。
氧化铟锡
氧化铟锡(ITO，或者掺锡氧化铟)是一种铟（III族）氧化物(In2O3) and锡（IV族）氧化物(SnO2)的混合物，通常质量比为90%In2O3，10% SnO2。它在薄膜状时，透明，略显茶色。在块状态时，它呈黄偏灰色。
氧化铟锡主要的特性是其电学传导和光学透明的组合。然而，薄膜沉积中需要作出妥协，因为高浓度电荷载流子将会增加材料的电导率，但会降低它的透明度。
使用
ITO主要用于制作液晶显示器、平板显示器、能电池、和抗静电镀膜还有EMI屏蔽的透明传导镀膜。
ITO也被用于各种光学镀膜，最值得注意的有建筑学中红外线-反射镀膜(热镜)、汽车、还有钠蒸汽灯玻璃等。别的应用包括气体传感器、抗反射膜、和用于VCSEL激光器的布拉格反射器。
ITO薄膜应力规可以在高于1400°C及严酷的环境中是用，例如气体涡轮、喷气引擎、还有火箭引擎
氧化铟锡薄膜熔化阈值
价值工程0引言在平板显示器和太阳能电池的生产中透明导电薄膜的工业应用是不可缺少的———而这两大市场元素正在快速成长起来。
工业上人们可以在此类薄膜上设计安装各类电路图，而这类薄膜在可见光范围内具有很高的透光率。
为了使ITO 薄膜的优良性能得到应用，工业上需要将其进行剪裁，从而得到所需要的功能结构。
半导体工业中剪裁ITO 薄膜的传统的工业方法利用所谓的湿法刻蚀法。
而此方法需要各种不同的制造平台，大型昂贵的机器设备，使用有毒化学物质。
全球平板显示器市场上价格的竞争使得制造上不得不需求新的制造方法。
据现存的等离子平板显示器生产工艺显示，湿法刻蚀的生产中，单单一个生产平台就至少需要6个工作站，而每个工作站只能加工最多7个2160×2460mm 大小的平板玻璃毛坯。
然而每个加工站的花费就要达到几百万美元之多，而单个薄片步进需要花费大约12美元左右。
每套模型设备价值大约100百万美金，此外，湿法刻蚀需要对有毒作物，酸性化学材料进行处理，以免对环境造成污染。
于此相比较而言，激光快速图案成型工艺在平板显示器的生产中只需要两个加工站就可以完成所有的加工程序：其中一个应用于平板显示器的加工，而另一个应用于玻璃基体的冲洗。
据估计，工业上应用的激光快速图形成型机，单台花费不到6百万美元———大大节省了设备成本。
不仅如此，另外一个好处在于：应用此种方法可以省去大量的生产步数———有效的省去了三分之二加工步数———包含激光快速图案成型模型在内的花费最多也只不过几千美元而已。
而且快速激光图案成型工艺是个干加工工艺过程，在第二步玻璃基体的洗涤中，也是采用蒸馏法进行操作———这就避免了对有毒洗剂和酸性化学物质的使用，也大大节省了用于对此类物质进行处理的花费。
而此技术最杰出的贡献在于，它克服了湿法刻蚀工业在加工大型平板中刻线不一致的加工缺陷[1][2][3][4]。
本论文中将要对高频率皮秒激光下基于玻璃基体上的ITO 薄膜材料的烧蚀过程进行研究。
纳米铟锡氧化物(ITO)颗粒制备及成膜性能的研究
宽度一般大于 ３ｅｖ 并随组分 制备方法的不同而变化 它们都具有紫外截止 可见 光透过率高 红外反射率大 对微波有强烈衰减性和电阻率低等共同特点 因此 这 类氧化物薄膜广泛地被应用于太阳能电池 液晶显示 电致发光显示 透明隔热 军 事隐形 电磁防护屏和建筑玻璃的红外反射涂层等诸多领域 成为当今化学和材料科 学中最活跃的研究领域之一［１ ２］
由于铟锡氧化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ 简称 ＩＴＯ）薄膜的可见光透射率大于 ８５％ 外光的反射率大于 ９０％ 电阻率小于 ２５ ／
ｉｏｎｓ． ＸＰＳ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｎｏ ｏｔｈｅｒ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ＸＰＳ ｓｐｅｃｔｒａ ｅｘｃｅｐｔ Ｉｎｄｉｕｍ，Ｔｉｎ，Ｏｘｙｇｅｎ ａｎｄ Ｃａｒｂｏｎ．Ｔｈｅ ＸＰＳ ｓｐｅｃｔｒａ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ Ｏ ｉｓ ｂｏｎｄｅｄ ｔｏ ｔｈｅ Ｉｎ ａｎｄ Ｓｎ ｔｈａｔ ｆｏｒｍ ＩＴＯ．ＩＴＯ ｈａｓ ｓｔｒｏｎｇ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ＩＲ ．ＩＴＯ ｆｉｌｍｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｄｉｐ－ｃｏａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｕｓｉｎｇ ｈｏｍｅｍａｄｅ ＩＴＯ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｇｏｔ ８４％ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ ｉｎ ＵＶ ａｎｄ ９０％ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ＩＲ．
中 南 民 族 大 学 硕 士 学 位 论 文
１０．０ｎｍ ２２ｇ／Ｌ 为 １４ｎｍ ５０ ｇ／Ｌ 为 ２１ｎｍ 热处理温度和热处理气氛对 ＩＴＯ 的导电性能影响显著 热处理温度的增加有利于提高 ＩＴＯ 的导电性 在 空气气氛下 ＩＴＯ 的相对压片电阻最大 在 ＣＯ 气氛中 ＩＴＯ 的相对压片电
３＋ ４＋
ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ
ｉｎｄｉｕｍ－ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｃｏ－ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ，ＩＴＯ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ
氧化铟锡薄膜材料制备及其光电特性研究
氧化铟锡薄膜材料制备及其光电特性研究高玉伟;张丽丽;周炳卿;张林睿;张龙龙【摘要】The Sn doped In2 O 3 thin films were prepared on the glass substrates by sol-gel and rotating film method with InCl3 ·4H 2 O andSnCl4 ·5 H 2 O.The effects of blending tin concentration coating layer,heat-treatment temperature and time on the optical and electrical properties of ITO thin films were investigated.The experimental results show that the square resistance and the transmission rate of ITO thin film are related to the blending tin concentration,coating layer,heat-treatment temperature and time. And the best blending tin concentration is12wt%,heat treatment temperature and time are 450 ℃ and 60 min,the coating layer is 6,respectively.The square resistance of ITO thin film is185Ω/□and the tran smission rate is 91.25%.%采用溶胶-凝胶旋转涂膜法,以InCl3·4H 2 O 和SnCl4·5 H 2 O 为前驱物在玻璃基片上制备了氧化铟锡(ITO)薄膜材料,研究掺锡浓度、涂膜层数、热处理温度和热处理时间等工艺条件对 ITO 薄膜光电特性的影响.实验结果表明,ITO 薄膜的方块电阻和可见光透射率都与掺锡浓度、涂膜层数、热处理温度和时间等因素有关,最佳参数为锡掺杂量12wt%,热处理温度和时间分别为450℃和1 h,薄膜层数为6层.最佳 ITO 薄膜的方块电阻为185Ω/□,可见光平均透射率为91.25%.【期刊名称】《内蒙古师范大学学报（自然科学汉文版）》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】5页(P290-294)【关键词】溶胶-凝胶法;ITO 薄膜;方块电阻;透射率;光电性能【作者】高玉伟;张丽丽;周炳卿;张林睿;张龙龙【作者单位】内蒙古师范大学物理与电子信息学院，内蒙古呼和浩特 010022;内蒙古师范大学物理与电子信息学院，内蒙古呼和浩特 010022;内蒙古师范大学物理与电子信息学院，内蒙古呼和浩特 010022;内蒙古师范大学物理与电子信息学院，内蒙古呼和浩特 010022;内蒙古师范大学物理与电子信息学院，内蒙古呼和浩特 010022【正文语种】中文【中图分类】TN304.055氧化铟锡（ITO）薄膜是一种重掺杂、高简并的n型半导体，载流子浓度1021／cm3，电导率可达104／（Ω·cm），对可见光和红外光的透射率分别在90%和85%以上，具有优良的光电性能［1］.ITO薄膜的制备方法有很多，其中溶胶－凝胶法具有设备成本低、工艺简单、原材料价格低廉等优点，并且可以大面积成膜［2］.本文采用溶胶－凝胶工艺，以In和Sn的氯化物为原料制备前驱液，采用旋转涂膜法在普通玻璃基底上制备ITO薄膜，运用四探针测试仪、紫外－可见光分光光度计、X射线衍射仪和扫描电镜等设备对所制备的样品进行表征，分析影响ITO薄膜光电性能的因素.1 实验首先用去离子水、H2O2和浓H2SO4（H2O2和浓H2SO4的用量为1∶1）将普通玻璃片煮沸，并持续10～15min；然后再用去离子水煮沸，并持续10min左右；最后在超声波清洗器中分别用丙酮和无水乙醇将处理过的玻璃片震荡清洗5min，烘干备用.称取一定量InCl3·4H2O和SnCl4·5H2O粉末，将InCl3·4H2O溶于无水乙醇中得到溶液A，将SnCl4·5H2O溶于无水乙醇得到溶液B，然后将A和B溶液混合并加入一定量去离子水得到溶液C.最后将溶液C放在磁力搅拌器中在常温状态下搅拌7～8h，在室温下静置48h，备用.将KW－4A型匀胶机的转速调为1 200r／min，旋转时间为30s，然后将已经处理好的玻璃片固定在匀胶机上旋转涂膜，每涂完一层将玻璃片置于电热恒温干燥箱内，在150℃下干燥处理10min后，继续涂膜下一层，直至达到所需的层数.最后，将涂好的薄膜放在卧式电阻炉内分别在300，400，450，500℃环境中退火，得到ITO薄膜.2 实验结果与分析2.1 ITO薄膜的物相结构使用X／Pert－MPD（Philips）衍射仪测量ITO薄膜的物相结构，图1是掺锡量为12wt%，经过6次涂膜，退火温度分别为300，400，450，500℃条件下热处理1h时，制得的ITO薄膜XRD图谱.由图1可知，在300℃下热处理制备的ITO 薄膜没有出现明显的衍射峰，这是因为热处理温度较低时，在基片上沉积的颗粒为非晶体，使薄膜结构存在很多缺陷.随着热处理温度的增加，ITO薄膜（222）晶向的衍射峰增强，这说明薄膜在＜111＞方向上择优生长，且晶化特征明显.对比标准PDF卡片可知，ITO薄膜的XRD图谱中各晶向的衍射峰从左到右分别与In2O3的（211），（222），（400），（440），（622）晶向的特征峰相对应，这表明热处理后的薄膜结构为立方相In2O3结构.另外，图谱中各晶向的衍射峰中并没有发现Sn元素的衍射峰，这说明Sn是以代替In晶格位置的掺杂剂形式存在于In2O3的晶格结构中［3］.由Scherrer公式可以近似求出样品的平均晶粒其中K为形状因子，一般取0.98，β为衍射峰的半高宽，θ为Bragg角，λ为X射线波长（λ＝0.154nm）.表1为图1相应的ITO薄膜（222）晶向的平均晶粒度，从表1中可以看出薄膜的平均晶粒尺寸随着热处理温度的增高而增大，这可图1 热处理温度对ITO薄膜XRD的影响Fig.1Effect of ITO thin film XRD on heat treatment temperature能是因为随着热处理温度的增加，晶粒间的黏附和内聚力增大，从而使薄膜的晶粒增大.2.2 ITO薄膜的表面形貌利用SU8010型扫描电子显微镜对ITO薄膜样品的表面形貌进行测试，图2是经6次涂膜制得的ITO薄膜表面形貌图，其中掺锡浓度为12wt%，热处理温度和时间分别为450℃和60min.从图2可以看出，ITO薄膜的表面比较平整，晶粒形貌也比较明显，晶粒均匀分布，晶粒尺寸为40～80nm.表1 不同热处理温度下ITO薄膜的平均晶粒度Tab.1Average grain size of ITO thin films with differentheat－treatment temperature特征峰2θ／（°）热处理温度／℃ D／nm 30.749 400 46.454 1 30.731 450 55.035 5 30.731 500 60.59 582.3 ITO薄膜的光学特性光谱特性是衡量ITO薄膜材料的重要指标，实验采用UV－2550紫外－可见光分光光度计（日本岛津）分别对不同条件下制得的ITO薄膜样品，在波长为300～800nm时进行透射光谱的测量.图3是经6次涂膜制备的ITO薄膜在可见光区550nm处的透射光谱图，其中掺锡量分别为10，11，12，13，1520wt%，热处理温度和时间分别为450℃和1h.由图3可以看出，ITO薄膜的透射率随着掺锡量的增加而减小，掺锡量小于13wt%时，薄膜的透射率下降趋势比较缓慢，掺锡量大于13wt%时，薄膜的透射率开始急剧下降.这是由于随着掺锡量的增加，ITO薄膜透射区的下限波长变短（频率下限增大），光吸收向短波长方向移动，且光吸收的波长范围接近可见光区范围，使薄膜可见光透射区域变窄［4］，从而使薄膜在可见光区的透射率随着掺锡量的增加而减小.图4是经6次涂膜制备的ITO薄膜在可见光区550nm处的透射光谱图，其中掺锡量为12wt%，热处理温度分别为300，400，450，500℃，热处理时间为1h.由图4可以看出，ITO薄膜的透射率随热处理温度的升高而增加，这是因为随着热处理温度的升高，薄膜的致密性提高，使透射率增加.图2 ITO薄膜的SEM图谱Fig.2SEM atlas of ITO thin film图3 不同掺杂浓度对ITO透射率的影响Fig.3Influence of ITO transmission rate about different doping concentration图4 不同退火温度对ITO透射率的影响Fig.4Influence of ITO transmission rate about different heat－treatment temperature图5 是经6次涂膜制备的ITO薄膜在可见光区550nm处的透射光谱图，其中掺锡量为12wt%，热处理温度为450℃，热处理时间分别为0.5，1，1.5，2h.由图5可知，热处理时间小于1h时，随着热处理时间的增加，ITO薄膜的透射率逐渐增加；热处理时间为1h时，薄膜的透射率达到最高值为91.25%；热处理时间超过1h后，薄膜的透射率又开始降低.这是因为热处理时间比较短时，ITO凝胶不能完全分解，其内部含有较多的有机溶剂，因此其透射率比较低；随着时间的延长，ITO凝胶开始逐渐分解，因此其透射率也越来越高；当热处理时间继续延长时，ITO的颗粒逐渐长大，使透射率开始下降，影响ITO薄膜的使用性能［5］.图6是涂膜层数分别为4，5，6，8，10层制备的ITO薄膜在可见光区550nm 处的透射光谱图，其中掺锡量为12wt%，热处理温度为450℃，热处理时间为1h.由图6可以看出，ITO薄膜的透射率随着涂膜层数的增加而降低，这是因为光强度随薄膜厚度的增加满足指数衰减规律［6］.图5 不同退火时间对ITO透射率的影响Fig.5Influence of ITO transmission rate about different heat－treatment time图6 不同镀膜层数对ITO透射率的影响Fig.6Influence of ITO transmission rate about different coating layer2.4 ITO薄膜的电学特性电学特性是衡量ITO薄膜材料的另一个重要指标，实验采用ST－21型四探针方块电阻测试仪对薄膜的方块电阻进行测量.图7是经6次涂膜制备的ITO薄膜方块电阻图谱，其中掺锡量为12wt%，热处理温度分别为300，400，450，500℃，热处理时间为1h.由图7可知，热处理温度较低时，ITO薄膜的方阻较高，且薄膜的方阻随着热处理温度的增加直线下降，出现这种现象的原因有两个：一是随着热处理温度的提高，ITO薄膜的晶化特征越来越明显，提高了薄膜的结晶度，而薄膜载流子的迁移随着薄膜结晶度的提高而增加，从而使薄膜的方块电阻减小；二是随着热处理温度的提高，薄膜中的氧原子出现了离开原晶格而形成氧空位的趋势，而薄膜中载流子浓度随着氧空位浓度的增加而增加，从而使薄膜的方块电阻降低.当热处理温度高于450℃后，ITO薄膜方阻由减小转为增加，这是由于热处理温度的增高促进薄膜中的SnO2分解成SnO，Sn由＋4价减小到＋2价，从而减少了由于掺Sn而提供的载流子浓度，同时由于热处理温度进一步的升高，导致薄膜中In2O3也有向InO分解的趋势，这两种原因都会导致薄膜的方块电阻升高.图7 退火温度对ITO方块电阻的影响Fig.7Influence of ITO square resistance about heat－treatment temperature图8 退火时间对ITO方块电阻的影响Fig.8Influence of ITO square resistance about heat－treatment time图8 是经6次涂膜制备的ITO薄膜方块电阻图谱，其中掺锡量为12wt%，热处理温度为450℃，热处理时间分别为30，60，90，120min.由图8可知，ITO薄膜的方阻随着热处理时间的增加而迅速减小，热处理时间超过1h后，ITO薄膜方阻随着热处理时间的增加而缓慢上升.这是因为随着热处理时间的延长，一方面，ITO 薄膜的晶化程度越来越高，In的晶格位置被所掺入的Sn所取代，从而提供电子使载流子浓度增加，薄膜的方块电阻下降；另一方面，ITO薄膜致密性提高，使得表面比较平整，空位和空洞都逐渐减少，从而减少了因薄膜不均匀和晶界对导电电子造成的散射，使薄膜的方块电阻降低.但如果继续延长热处理时间并超过60min后，薄膜表面出现龟裂，导致薄膜的性能严重变差，从而使薄膜的方块电阻由减小转为增大［7］.图9是经6次涂膜制备的ITO薄膜方块电阻图谱，其中掺锡量分别为10，11，12，13，15，20wt%，热处理温度为450℃，热处理时间为1h.由图9可看出，掺锡量小于12wt%时，薄膜的方块电阻随着掺杂浓度的增大而减小；掺锡量为12wt%时，ITO薄膜的方块电阻达到最低值为185Ω／□.这是因为掺锡量较小时，属于一种施主掺杂，由于Sn4＋与In3＋的离子半径比较接近，所以Sn4＋很容易将In2O3晶格中In3＋的位置替换，而＋3价的铟离子被＋4价的锡离子替代后会使薄膜中自由电子增多，从而使自由载流子浓度迅速增加，电阻迅速降低；而掺锡量大于12wt%时，ITO薄膜的方块电阻随着掺杂浓度的增大而增大，一是因为随着锡含量的增加，只有部分锡原子取代铟的晶格位置，当掺锡浓度高时，锡离子相互之间会靠的比较近，相邻的一个4价锡离子会倾向于变成2价锡离子，两者通过静电力作用联系在一起，而这些锡离子是不会对导电能力起作用的［8］，二是由于Sn离子过量掺杂后，会以一种晶格缺陷形式存在，加强了对电子的散射作用，过量的掺杂还会导致晶格发生畸变，使电子的迁移率减小，从而降低了薄膜的导电性能［9］.图10 退火时间对ITO方块电阻的影响Fig.10Influence of ITO squareresistance about coating layer图9 掺锡浓度对ITO方块电阻的影响Fig.9Influence of ITO square resistance about doping concentration图10是涂膜层数分别为4，5，6，8，10层制备的ITO薄膜的方块电阻图谱，其中掺锡量为12wt%，热处理温度为450℃，热处理时间为1h.由图10可知，ITO 薄膜的方块电阻随着镀膜层数的增加而降低，而镀膜层数超过6层后方块电阻降低缓慢.这是因为第1次涂膜时，溶胶是在玻璃基底上镀膜，从第2层开始，溶胶是在上一层薄膜上镀膜，由于溶胶在玻璃基底上的润湿性不如在薄膜上的润湿性好，从而使薄膜中产生大量的微观缺陷和空洞，薄膜的致密度较低，所以薄膜层数较少时方块电阻迅速下降；随着薄膜的层数进一步增多，虽然增大薄膜厚度会增加导电面积，但是这一因素对降低薄膜电阻的作用并不显著［10］，反而会使透光率有所降低.3 小结采用溶胶－凝胶法制备ITO薄膜，研究了掺锡浓度、涂膜层数、热处理温度和热处理时间等工艺条件对ITO薄膜光电特性的影响.实验结果表明，ITO薄膜的方块电阻和可见光透射率与掺锡浓度、涂膜层数、热处理温度和时间等因素有关，且最佳参数为锡掺杂量为12wt%，热处理温度和时间分别为450℃和1h，薄膜层数为6层.最佳ITO薄膜的方块电阻为185Ω／□，可见光平均透射率为91.25%.参考文献：［1］胡丙森，王剑峰，马春华，等.液晶显示器用ITO透明导电膜技术现状［J］.真空科学与技术，1995，15（2）：135－139.［2］李芝华，任冬燕.溶胶凝胶法制备ITO透明导电薄膜的工艺研究［J］.材料科学与工艺，2006，14（2）：174－177.［3］潘洪涛，周炳卿，陈霞，等.溶胶－凝胶法制备ITO薄膜及其光电特性的研究［J］.内蒙古师范大学学报：自然科学汉文版，2008，37（5）：619－623. ［4］孟扬，扬锡良，陈华仙，等.高价态差掺杂氧化物透明导电薄膜的研究［J］.光电子技术，2001，21（1）：17－24.［5］于忠玺，高善民，张江，等.溶胶－凝胶法制备ITO薄膜的光电性能研究［J］.纳米材料与结构，2007（5）：241－245.［6］刘恩科，朱秉升，罗晋生.半导体物理学［M］.北京：国防工业出版社，1994：253－255.［7］高美珍，辛科，张峰，等.热处理时间对溶胶－凝胶法制备ITO薄膜的结构、形貌和性质的影响［J］.材料导报，2009，23（1）：87－90.［8］宣鑫科，陶佰睿，张健，等.基于溶胶凝胶法ITO薄膜材料的制备与表征［J］.齐齐哈尔大学学报，2010，26（3）：45－47.［9］袁红梅，林祖伦，陈文彬，等.溶胶－凝胶法制备ITO薄膜及其光电性能的研究［J］.电子器件，2010，33（1）：5－9.［10］刁庚秀，陈文彬.ITO薄膜的溶胶－凝胶法制备［J］.光电子技术，2004，24（4）：249－253.。
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氧化铟锡薄膜熔化阈值的研究摘要：太阳能电池薄膜在平板显示器的生产中得到大量应用。
而这其中indium tin oxide（ito）薄膜是应用最广的透明半导体薄膜之一。
本文主要针对ito薄膜在超短波激光烧蚀下的熔化规律进行研究。
论文通过一系列激光实验，目的在于找出ito薄膜在远红外激光下熔化现象的基本物理机制和熔蚀过程。
经过实验，找出了在不同激光能量密度下，熔化阈值能量密度和熔化率，以及薄膜厚度与阈值能量密度之间的关系。
abstract： solar cell film has been widely used in the production of flat panel displays. and the ito film is one of the most widely transparent semiconductor films. this paper mainly studied the melting law of ito film under ultrashort wave laser ablation. through a series of laser experiments， this paper aimed to identify the basic physical mechanisms and melting and ablation process of ito film in the far-infrared laser. after the experiment， this paper identified the melting threshold energy density and the melting rate under different laser energy density and the relationship between the film thickness and the threshold energy density.关键词：太阳能电池；ito薄膜；激光直写技术；超短波激光烧蚀；阈值能量密度key words： solar cells；ito film；laser direct writing；ultrashort wave laser ablation；threshold energy density 中图分类号：th11 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2012）31-0032-030 引言在平板显示器和太阳能电池的生产中透明导电薄膜的工业应用是不可缺少的——而这两大市场元素正在快速成长起来。
工业上人们可以在此类薄膜上设计安装各类电路图，而这类薄膜在可见光范围内具有很高的透光率。
为了使ito薄膜的优良性能得到应用，工业上需要将其进行剪裁，从而得到所需要的功能结构。
半导体工业中剪裁ito薄膜的传统的工业方法利用所谓的湿法刻蚀法。
而此方法需要各种不同的制造平台，大型昂贵的机器设备，使用有毒化学物质。
全球平板显示器市场上价格的竞争使得制造上不得不需求新的制造方法。
据现存的等离子平板显示器生产工艺显示，湿法刻蚀的生产中，单单一个生产平台就至少需要6个工作站，而每个工作站只能加工最多7个2160×2460mm大小的平板玻璃毛坯。
然而每个加工站的花费就要达到几百万美元之多，而单个薄片步进需要花费大约12美元左右。
每套模型设备价值大约100百万美金，此外，湿法刻蚀需要对有毒作物，酸性化学材料进行处理，以免对环境造成污染。
于此相比较而言，激光快速图案成型工艺在平板显示器的生产中只需要两个加工站就可以完成所有的加工程序：其中一个应用于平板显示器的加工，而另一个应用于玻璃基体的冲洗。
据估计，工业上应用的激光快速图形成型机，单台花费不到6百万美元——大大节省了设备成本。
不仅如此，另外一个好处在于：应用此种方法可以省去大量的生产步数——有效的省去了三分之二加工步数——包含激光快速图案成型模型在内的花费最多也只不过几千美元而已。
而且快速激光图案成型工艺是个干加工工艺过程，在第二步玻璃基体的洗涤中，也是采用蒸馏法进行操作——这就避免了对有毒洗剂和酸性化学物质的使用，也大大节省了用于对此类物质进行处理的花费。
而此技术最杰出的贡献在于，它克服了湿法刻蚀工业在加工大型平板中刻线不一致的加工缺陷[1][2][3][4]。
本论文中将要对高频率皮秒激光下基于玻璃基体上的ito薄膜材料的烧蚀过程进行研究。
实验中将采用远红外激光（1064nm）。
激光实验结束后还将采用在一系列光学仪器对靶材进行观察和分析，比如，这其中将使用扫描电子显微镜和白光干涉仪。
而本论文的主要目的在于找出基于玻璃基体上的ito薄膜在高频率激光烧蚀下的关键熔化阈值。
此外，在ito薄膜图案成型过程中的加工系数也将在论文中进行优化，以求在能量消耗最少的情况下得到最好的加工质量。
具体的说，在ito薄膜烧蚀过程中所需要的最佳的激光刻蚀速度和激光能量，既能够将ito材料完全移除，又不对玻璃基体造成损伤。
ito薄膜在皮秒时间域内的激光烧蚀实验：本章主要通过实验的方法对ito薄膜在皮秒激光烧蚀下的过程及规律进行研究。
实验过程分为两个部分，远红外激光实验和紫外光激光实验，本文基于实验数据对ito在两种不同波长激光下的烧蚀过称做了总结，找出二者之间的异同。
在本章的最后，将给出ito 和玻璃在1064nm和355nm波长下的物理性能。
1 实验设置实验设置由激光器以及一系列光学仪器组成。
光束放大器beam expander，反光镜mirror，激光扫描器scanner，移动平台motion stage。
另外不可缺少的还有电脑控制设备和相关的软件，用来控制激光束和移动平台。
激光从激光器发射出后，被放大器进行3倍放大，再通过一系列的反光镜被引入到扫描器中，通过电脑软件可以控制激光器在靶材表面的移动。
另外，用来分析和测量熔化斑点直径的仪器和方法也将在本部分进行简单介绍。
而在分析过程中，光学显微镜，白光干涉仪以及扫描电子显微镜也是不可缺少的。
该系列实验中使用的是hyper rapid 25激光器，由lumera lasers gmbh设计制造。
该仪器属于全固态被动锁模侧泵大功率nd：yvo4激光器，能够产生50mhz频率的皮秒激光。
激光脉冲频率可由电光调制器（eom）中的定位装置进行调节。
输出频率在200khz与1000khz之间。
激光器基本波长为1064纳米（远红外光）。
通过二次和三次共谐产生器（shg和thg）可产生532纳米（绿光）和355纳米（紫外光）波长的激光。
因为激光器发射的是tem00式激光，因此该激光束可以用高斯光束进行描述。
激光器，扫描仪，以及平台都由电脑上的特殊软件进行控制和调节。
该软件控制扫描速度和位置，激光能量和激光频率，以及平台的移动位置。
有了该软件，可以将ito薄膜剪裁成工业上所需要的功能结构。
此外，在工业生产中，不同的生产上使用不同格式的数据文件，而该软件能够兼容多种格式的文件，甚至图片格式也可读取。
因此，可将复杂形状的图案存储为图片格式，由该软件直接读取，从而实现对ito材料复杂图形的加工。
2 ito薄膜的单脉冲激光实验在论文的本章节中将对所有实验进行描述并对实验结果进行讨论和分析。
其中第一小节将对实验中使用的重要参数和公式重点解释。
在随后的小节中将对不同厚度ito薄膜靶材在不同波长激光下的熔蚀中的表现进行描述和讨论。
首先将重点讨论单脉冲激光烧蚀实验的结果，该实验中所需要的输入能量密度的计算方法，移除ito 材料所需要的阈值能量密度，以及ito薄膜的光渗透深度。
实验过程：整个单脉冲实验的目的在于计算出能量密度值，阈值能量密度值和光渗透深度系数。
此外，通过该实验可以对ito材料在不用波长激光下不同的熔化规律得到直观的了解。
所有的单脉冲实验全部采用的激光扫描速度。
利用该速度可以确保熔化斑点能够相互分离开来。
基于脉冲频率达到了200khz，因此最大半径为40？滋m的熔化斑点可以保持相互分离而不重叠。
所得到的熔化斑点的半径由白光干涉仪进行测量。
在仪器的帮助下可以得到熔化斑点关于半径和深度的信息。
有了这些数据就可以计算出ito材料光渗透深度值。
在该实验中所有样本靶材使用范围从0.4j/cm2到13.2j/cm2能量密度的激光进行辐照。
激光将从ito靶材正面入射。
从能量密度为0.64j/cm2开始，实验中得到的ito靶材表面可以观察到熔化的斑点。
熔化深度随着能量密度的增加而提高。
在能量密度为2.33j/cm2时只可以得到部分熔化的斑点。
而当能量密度从3.52j/cm2开始可以清楚的观察到，ito材料在熔化斑点中心部分可以被完全移除。
该中心部分的半径随着能量密度的增加而增加，然而当能量密度甚至达到13.20j/cm2之高时ito材料熔化斑点的周边仍然没有被移除。
当能量密度为5.20j/cm2时，未能熔化的边缘宽度为10.4？滋m，而当能量密度为13.20j/cm2时该边缘宽度为10.95？滋m。
而熔化斑点的深度随着能量密度的提高成步进式增加的趋势。
在ito材料被完全移除之前，可以观察到熔化深度随着能量密度的增加在40纳米到60纳米范围之间增加。
实验中甚至使用更高密度的能量时也没有对玻璃基体造成损伤。
接下来，在这一段中将重点研究ito薄膜熔化阈值的计算方法。
这里本文使用30号样本举例进行讲解。
图1为远红外激光实验中样本熔化斑点半径值平方与不同能量密度之间的关系曲线图，实验中激光由ito正面方向入射。
从该曲线图中可以清楚的观察到，由直线逼近方法得到的直线斜率，以及y轴截距分别为322.46 和 579.58。
熔化阈值能量密度就可以按照前文所介绍的方法计算出来。
经过计算可以得到结论，基于玻璃基体之上的ito薄膜材料在远红外激光脉冲下的熔化阈值能量密度为0.573j/cm2。
通过这种方法，所有样本靶材（nr.2-nr.42）的熔化阈值能量密度就可以全部被计算出来。
而通过这些不同样本的熔化阈值能量密度，就可以做出不同ito薄膜厚度与相应熔化阈值能量密度之间的关系曲线图。
由曲线图2可以清楚的看到，阈值能量密度随着样本厚度的增加而成递减趋势。
从样本2到样本20，阈值能量密度随着ito薄膜厚度的增加迅速递减，样本20到样本42之间，阈值能量密度并不随着ito薄膜材料厚度的变化而变化，而成相对稳定的趋势。
3 ito薄膜材料在远红外激光下的熔化规律正如前文所提到的，ito薄膜材料在不同波长的激光下呈现出不同的熔化规律。
在前几年中已有一些论文对基于玻璃基体之上的ito薄膜材料的激光熔化规律进行研究，而所有研究结果都一致显示，在1064纳米波长激光下，ito薄膜可以用过热蒸发被完全移除。