磁控溅射法制备ITO薄膜及其光电性能研究

摘要

半导体发光二极管(Light Emitting Diode)，简称LED，它是将电能转化为光能的电致发光器件。LED光源具有体积小、功率低、能更好地反映被照射物体的真实颜色，并且使用寿命长、亮度高且低热量、坚固耐用、安全环保等特点，所以LED在照明领域的应用前景非常广阔。随着人们对LED了解的越来越多，其应用也日渐广泛，例如在指示灯、显示屏背光源等应用领域。制备LED器件时，P-GaN作为出光面，在其上方沉积金属层作为导电电极。由于半导体材料的载流子浓度较低，导电性差，电流不能很好的扩展，限制了出光效率。因此，为了提高出光效率，其出光面和电极之间需要一种既要有良好的导电性，又有很好的透光性的薄膜材料，有源区产生的光才可以均匀的透出来。氧化铟锡(Indium Tin Oxide)，简称ITO，是一种重掺杂、高简并的n型半导体，它同时具有较高的电导率和可见光区透过率。ITO薄膜的其它优点也非常突出，化学稳定性好，热稳定性高，同时具有对衬底的良好的附着性，并且便于图形加工。由于ITO薄膜的优异特性，其在半导体光电器件中得到了非常广泛的应用，如在显示器和太阳能电池中的应用，在LED器件中更是作为电流扩展层成为了不可或缺的组成部分。根据制备原理的不同，主要分为化学法和物理法两大类。其中，化学方法主要包括溶胶-凝胶法、喷雾热解法、均相沉淀法和化学气相沉积等;物理方法主要包括蒸发沉积、激光脉冲沉积(PLD)和磁控溅射法等。
　　本实验采用磁控溅射法进行薄膜的制备，靶材使用的是(90wt％In2O3+10wt％SnO2)的ITO陶瓷靶。利用四探针仪进行了薄膜方块电阻测试，利用紫外-可见分光光度计进行透光率测试，利用台阶仪进行了膜厚测试。实验通过改变O2流量、溅射功率、溅射压强和沉积温度研究了对ITO薄膜的方块电阻及透过率的影响，并对其影响的原因进行了分析和解释。实验中得到了一组光电性能较为理想的ITO薄膜，在O2流量为0.2sccm，Ar流量为80sccm，溅射功率为260W，沉积气压为2.0mTorr,沉积温度35℃，薄膜厚度120nm时，方块电阻为29.2Ω/sq，可见光(波长455nm)透过率为99.3％。

目录

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致谢

摘要

1．引言

1．1 应用于LED中的ITO薄膜的简介

1．2 国内外对ITO透明导电薄膜的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 ITO透明导电薄膜的应用

1．3．1 ITO薄膜在显示器方面的应用

1．3．2 ITO薄膜在太阳能电池领域中的应用

1．3．3 ITO薄膜在热辐射反射镜中的应用

1．3．4 ITO薄膜在微波屏蔽和辐射防护中的应用

1．3．5 ITO薄膜在交通工具的挡风玻璃中的应用

1．4 本论文主要研究内容

1．5 本章小结

2 ITO薄膜的理论基础及制备方法介绍

2．1 ITO透明导电薄膜的理论基础

2．1．1 ITO透明导电薄膜的微观结构

2．1．2 ITO透明导电薄膜的能带

2．1．3 ITO透明导电薄膜的电学性能

2．1．4 ITO透明导电薄膜的光学性能

2．2 ITO透明导电薄膜的制备方法

2．2．1 化学制备方法

2．2．2 物理制备方法

2．3 本章小结

3 磁控溅射法制备ITO薄膜

3．1 实验装置及原理

3．1．1 实验装置

3．1．2 制备原理

3．2 实验方法

3．3 工艺操作流程

3．4 本章小结

4 ITO薄膜的性能测试与实验结果讨论

4．1 ITO薄膜的性能测试

4．1．1 ITO薄膜方阻的测试

4．1．2 ITO薄膜透光率的测试

4．1．3 ITO薄膜厚度的测试

4．2 实验结果讨论

4．2．1 O2流量对ITO薄膜性能的影响

4．2．2 溅射功率对ITO薄膜性能的影响

4．2．3 溅射气压对ITO薄膜性能的影响

4．2．4 沉积温度对ITO薄膜方阻的影响

4．3 本章小结

5 结论与展望

参考文献

作者简历

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