ITO透明导电薄膜的组分、微结构及其光电特性研究

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采用直流磁控溅射法在普通的载玻片(10×10×1.2mm)和400目覆碳的铜网(Φ3mm)上制备了氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜。所用的靶材是高纯度(99.99%)的氧化铟锡(wt.90%In2O3+wt.10%SnO2)陶瓷靶。淀积在载玻片上的薄膜厚度约为120nm,淀积在覆碳铜网上的薄膜厚度约为70nm。制备出的薄膜在大气环境下进行了等温(300℃)变时(0.5,1.0,1.5,2.0,3.0h)和等时(1.0h)变温(100,200,300,400℃)热处理。用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、紫外-可见光分光光度计和四探针测试仪等测试手段分别对薄膜的微结构、化学组分和光电特性进行了测试与分析。XRD分析结果表明:制备的ITO透明导电薄膜仍保持立方In2O3晶体结构,即具有立方铁锰矿结构,同时没有发现单质Sn和Sn氧化物(SnO,SnO2)的特征峰,说明Sn元素已经溶入In2O3晶格中形成了固溶体。TEM分析结果表明:当退火温度(300℃)不变时,ITO膜的平均颗粒度随着退火时间的延长而逐渐增大。XPS分析结果表明:当退火温度(300℃)不变时,延长退火时间,ITO薄膜中Sn4+相对浓度先逐渐增至88.6at.%后基本保持不变;当退火时间(1.0h)不变时,随着退火温度的升高,薄膜中Sn4+相对浓度逐渐增加,而In3+相对浓度则先降低后升高,表明膜中氧空位含量先升高后降低。薄膜的光电特性测试分析结果表明:退火后ITO薄膜的可见光平均透射率有了很大的提高,禁带宽度增加,电阻率降低了一个数量级,表现出良好的透明导电性。退火后薄膜的性能指数(ΦTC=τ(λ)10/R)最高达9.88x10-3Ω-1。 论文共分四章:第一章是绪论,概述了进行此方面研究的背景、意义和国内外相关工作;第二章简述了ITO透明导电薄膜理论基础及实际应用;第三章详述了ITO透明导电薄膜的制备和热处理条件对其微结构、化学组分及其光电特性的影响;第四章是结论。
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