一种降低ITO薄膜红外吸收率的方法

摘要

本发明提供了一种降低ITO薄膜红外吸收率的方法，包括如下步骤：基片清洗步骤：透明的优质浮法玻璃作为基底，使用丙酮在超声的环境下进行清洗；ITO薄膜制备步骤：沉积ITO薄膜，设定靶材转速、溅射功率，经过设定时间得到ITO薄膜；退火处理步骤：使用快速热处理炉对制备好的ITO薄膜进行快速热退火处理，退火后得到最终的ITO薄膜。本发明实现了低红外吸收、高透射率的ITO薄膜的制备，并且薄膜的电阻率较低。且本发明的后续的处理工艺简易、稳定。

说明书

技术领域

本发明涉及硅光通讯的薄膜领域，具体地，涉及一种降低ITO薄膜红外吸收率的方法。

背景技术

在硅光通信系统中，光电探测器、调制器等有源器件需要使用电极以使器件正常工作。常用的电极材料一般是Ti/TiN/Al,Al/Ti/Au,W/Cu等金属电极。但是金属电极对红外通信波段的光有强烈的红外吸收，导致光在波导中的传播损耗较大，因此降低了探测器的响应度。而ITO薄膜经过工艺优化兼具高透光率和低电阻特性，可以作为探测器电极，很好地解决金属电极的高红外吸收问题。

林峰等人(专利号：201310306744.1)对透明薄膜基材进行完全的清洁和抛光，选取合适的磁控溅射条件沉积ITO薄膜，最后在90-150℃的环境中退火15-25分钟，得到应用于移动通讯触摸屏领域的高透光率、低电阻率的ITO导电膜。王文君等人(专利号：201310737480.5)通过皮秒激光的焦点距离ITO薄膜2-3mm，移动ITO薄膜做出纳米波纹结构，提高其应用于薄膜太阳能电池领域的红外波段透光率。洪瑞金等人(专利号：201611121607.0)在一定的真空度和一定的功率下，通过电子束辐照轰击Cu/ITO复合薄膜表面使其改性，冷却得到近红外透射增强的复合薄膜。

上述第一种方法主要应用于触摸屏领域，薄膜电阻率仍然较高，不适用于硅光通信；而后两种方法的纳米波纹结构和Cu/ITO复合薄膜制备过程复杂。

为了降低ITO薄膜的红外吸收率和电阻率，提高其透光率，我们在空气氛围中对特定条件下磁控溅射的ITO薄膜进行退火处理，得到的高透射率低电阻率ITO薄膜。这种方法对ITO薄膜的后续处理简单、稳定性好，并且可以作为低红外吸收电极很好地应用于1510-1630nm波段范围内的锗硅光电探测器。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种降低ITO薄膜红外吸收率的方法。

根据本发明提供的一种降低ITO薄膜红外吸收率的方法，包括如下步骤：

基片清洗步骤：透明的优质浮法玻璃作为基底，使用丙酮在超声的环境下进行清洗；

ITO薄膜制备步骤：沉积ITO薄膜，设定靶材转速、溅射功率，经过设定时间得到ITO薄膜；

退火处理步骤：使用快速热处理炉对制备好的ITO薄膜进行快速热退火处理，退火后得到最终的ITO薄膜。

优选地，采用Denton磁控溅射设备沉积ITO薄膜。

优选地，ITO薄膜制备步骤中，靶材转速为3.6rpm，溅射功率为200W。

优选地，ITO薄膜制备步骤中，经过583s得到300nm的ITO薄膜。

优选地，还包括光学性能测试步骤：使用Lamda950紫外可见近红外分光光度计测试薄膜的吸收率(A)、透射率(T)、反射率(R)，实验设置的测量范围是400-1800nm。

优选地，还包括电学性能测试步骤：使用半导体参数测试仪对ITO薄膜进行I-V测试。

优选地，所述半导体参数测试仪包括Aglient BA1500设备。

优选地，快速热处理炉包括RTP-CT150M设备。

优选地，退火处理步骤中，退火温度为300-500℃，退火时间为5分钟。

优选地，退火处理步骤中，退火氛围为空气。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明实现了低红外吸收、高透射率的ITO薄膜的制备，并且薄膜的电阻率较低。

2、本发明的后续的处理工艺简易、稳定。

3、经过本发明工艺得到的ITO薄膜在1510-1630nm的波长范围内，红外吸收率降低至10％以下，透光率提高至80％以上，电阻率为9.35*10

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的步骤流程图。

图2-7为未退火及不同退火温度处理后薄膜的光学性质图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1至图7所示，本发明提供了一种降低ITO薄膜红外吸收率的方法，在空气氛围退火过程中，ITO薄膜中金属相的In元素与空气中的氧发生反应，形成氧化态的In

步骤S1：基片清洗:透明的优质浮法玻璃作为基底，使用丙酮在超声的环境下进行清洗，确保基片表面的清洁。

步骤S2：制备ITO薄膜：使用Denton磁控溅射设备沉积ITO薄膜，靶材转速为3.6rpm，溅射功率为200W，经过583s得到300nm的ITO薄膜。

步骤S3：退火处理：使用快速热处理炉(Premtec RTP-CT150M)对制备好的ITO薄膜进行快速热退火处理，退火温度为300-500℃，退火时间为5分钟，退火氛围为空气。退火后得到最终的ITO薄膜。

步骤S4：光学性能测试：使用Lamda950紫外可见近红外分光光度计测试薄膜的吸收率(A)、透射率(T)、反射率(R)。实验设置的测量范围是400-1800nm。不同退火条件下得到的薄膜测试的结果见图2-7。1550nm处的吸收率和透过率的如表1。

步骤S5：电学性能测试：使用半导体参数测试仪(Aglient BA1500)对ITO薄膜进行I-V测试，得到不同退火温度下的薄膜电阻率如表2。

表1不同退火温度下的ITO薄膜的吸收率和透过率

表2不同退火温度下的ITO薄膜的电阻率

根据本发明提供的第一实施例，包括如下步骤：

(1)基片清洗:透明的优质浮法玻璃作为基底，使用丙酮在超声的环境下进行清洗，确保基片表面的清洁。

(2)制备ITO薄膜：使用Denton多靶磁控溅射设备沉积ITO薄膜，靶材转速为3.6rpm，溅射功率为200W，经过583s得到300nm的ITO薄膜。

(3)退火处理：使用快速热处理炉(Premtec RTP-CT150M)对制备好的ITO薄膜进行快速热退火处理，退火温度为300℃，退火时间为5分钟，退火氛围为空气。退火后得到最终的ITO薄膜。

(4)光学性能测试：使用Lamda950紫外可见近红外分光光度计测试薄膜的吸收率(A)、透射率(T)、反射率(R)。实验设置的测量范围是400-1800nm。不同退火条件下得到的薄膜测试的结果见图3。

(5)电学性能测试：使用半导体参数测试仪(Aglient BA1500)对ITO薄膜进行I-V测试，得到的薄膜电阻率如表2。

实施过程除以下不同外，其他部分与实施例1相同。

将步骤(2)中制备的ITO薄膜使用快速热处理炉(Premtec RTP-CT150M)对制备好的ITO薄膜进行快速热退火处理，退火温度为350℃，退火时间为5分钟，退火氛围为空气。退火后得到最终的ITO薄膜。

所得结果与实施例1中ITO薄膜的光学性质不同，所得结果如图4所示；电阻特性不同，得到的薄膜电阻率如表2。

实施过程除以下不同外，其他部分与实施例1相同。

将步骤(2)中制备的ITO薄膜使用快速热处理炉(Premtec RTP-CT150M)对制备好的ITO薄膜进行快速热退火处理，退火温度为400℃，退火时间为5分钟，退火氛围为空气。退火后得到最终的ITO薄膜。

所得结果与实施例1中ITO薄膜的光学性质不同，所得结果如图5所示；电阻特性不同，得到的薄膜电阻率如表2。

实施过程除以下不同外，其他部分与实施例1相同。

将步骤(2)中制备的ITO薄膜使用快速热处理炉(Premtec RTP-CT150M)对制备好的ITO薄膜进行快速热退火处理，退火温度为450℃，退火时间为5分钟，退火氛围为空气。退火后得到最终的ITO薄膜。

所得结果与实施例1中ITO薄膜的光学性质不同，所得结果如图6所示；电阻特性不同，得到的薄膜电阻率如表2。

实施过程除以下不同外，其他部分与实施例1相同。

将步骤(2)中制备的ITO薄膜使用快速热处理炉(Premtec RTP-CT150M)对制备好的ITO薄膜进行快速热退火处理，退火温度为500℃，退火时间为5分钟，退火氛围为空气。退火后得到最终的ITO薄膜。

所得结果与实施例1中ITO薄膜的光学性质不同，所得结果如图7所示；电阻特性不同，得到的薄膜电阻率如表2。

在450℃的空气氛围中退火5分钟，得到的ITO薄膜在1510-1630nm的波长范围内，红外吸收率降低至10％以下，透光率提高至80％以上，电阻率为9.35*10

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。