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ITO透明导电薄膜的研究进展

成立顺t，一，孙本双z，钟景明z，何力军1，王东新z，陈焕铭t
(1|宁夏大学，宁夏银川750021)
(2．西北稀有金属材料研究院，宁夏石嘴山753000)

摘要：介绍了ITO薄膜的基本特性和透明导电原理，综述了ITO薄膜主要的制备技术及其研究进展，并指出了
不同制备方法的优缺点。还对ITO薄膜晶格常数畸变、载流子浓度上限和最佳掺杂量、红外反射率、光吸收边的
移动等基础理论研究进展进行了归纳。今后，还需要在低温或室温ITO薄膜的制备、ITO薄膜的导电机理、纳米尺
度ITO材料的特性等方面加强研究。
关键词：透明导电氧化物；ITO薄膜；制备技术
中图法分类号：TB43文献标识码：A文章镳号：1008—5939(2008)03—010--07

可见光透过率高而又有导电性的薄膜称为透明(3．5～4．3ev)，载流子浓度(1021cmw)和电子迁移率
导电薄膜。透过性的标准是透过率60％以上，导电(15～45cm2V-Is)较高；②在可见光波段透过率
性的标准是表面电阻在10∞Q·cm以下。透明导电高，可达85％以上；③对紫外线的吸收率较高，
薄膜的种类主要有金属膜、氧化物膜、多层复合膜可达85％以上；④对红外线具有反射性，反射率
和高分子膜等，其中氧化物薄膜占主导地位。透明高于80％；⑤对微波具有衰减性，衰减率可达85％
导电氧化物(TCO)薄膜主要包括In，Sn，Zn，Cd的氧以上；⑥膜层硬度高，耐磨，耐化学腐蚀(氢氟
化物及其复合多元氧化物薄膜[1Iz】。1907年Badeker酸等除外)；⑦膜层具有很好的酸刻、光刻性能，
首先制备并报道了CdO透明导电薄膜[3]，将物质的透便于细微加工，可以被刻蚀成不同的电极图案。由
明性和导电性这一矛盾统一起来。在随后的几十年于具有上述优良特性，ITO薄膜被广泛用于平面显
中，人们发现和研究了多种材料的TCO薄膜，并示、电致变色(EC)窗、太阳能电池透明电极、微
不断扩大它们的用途。目前研究人员主要集中在对波屏蔽和防护镜、交通工具的风挡玻璃等。
SnO基、In20基以及ZnO基透明导电膜的研究，1．2透明导电原理
而掺锡In20(简称ITO)薄膜又是当前研究和应用最ITO薄膜的光学性质及载流子的浓度可以用
广泛的透明导电薄膜。Drude自由电子理论进行定量研究。ITO薄膜一般
具有大于可见光子能量(3．IeV)的光学禁带宽度，
1ITO薄膜的基本特性和光电原理
可见光照射不能引起本征激发，所以它对可见光透
1．1基本性质明[6]。ITO薄膜的光学及电学性能主要决定于薄膜
锡掺杂的氧化铟是一种体心立方铁锰矿结构的结构及化学配比。In20是直接跃迁宽禁带半导体
的n型半导体透明导电薄膜，具有以下特陛[4]：①导材料，要得到导电且对可见光透明的薄膜则必须使
电性能好(电阻率可低达10Q·cm)，带隙宽其半导化。半导化的途径一般有2种：①使组分

收稿日期：2007—12—26
作者简介：成立顺，男，1979年出生，硕士研究生，宁夏大学物理电气信息学院，宁夏
E-mail：[e-mail]

一一一一

存在缺陷(即化学计量比偏移)；②掺杂处理(即高频磁控溅射沉积。而直流磁控溅射】是当前发展
价或低价离子替代)。对于In20薄膜，一般同时采最成熟的技术，其原理是在电场和交变磁场作用
用这两种半导化方法。InO的掺杂处理时，通常掺下，被加速的高能粒子轰击铟锡合金(IT)靶材或
入高价离子Sn4+，掺入量一般为10％(摩尔分数)。氧化铟锡(ITO)靶材表面，经能量交换后靶材表
由于Sn4+与In的半径相近，故Sn4+~j：置换部分In。面的原子脱离原晶格而逸出，并转移到衬底表面
为保持电中性，易变价的Sn+将俘获一个电子而变形成薄膜。
成Sn4+·e。这个电子与Sn4+的联系比较弱，可以成蔡琪等【ll】对制备的ITO薄膜进行了结构分析。
为载流子的来源之一。在ITO薄膜中，掺入的Sn结果表明，Sn元素已固溶到In20晶格形成了多晶

一般以Sn2+或Sn4+的形式存在，由于In在In20中ITO。延长退火时问，薄膜的结晶度增加，ITO晶
是正三价，Sn4+的存在将提供一个电子到导带，相粒尺寸表现出增大的趋势。XPS分峰拟合结果显
反Sn2~的存在将降低导带中电子的密度。在低温沉示，随着退火时问的增加，薄膜表面先失氧后附
积过程中，Sn在ITO中主要以SnO的形式存在，氧，膜中氧空位含量先增加后减少；SnO被氧化
导致较低的载流子浓度和高的膜电阻。另外，SnO为SnO并最终达到饱和，因此膜中sn+浓度先增
自身呈暗褐色，对可见光的透过率较差。热处理对加后基本保持不变。薄膜中氧空位引起的载流子
ITO膜的影响比较复杂，一方面，热处理