ITO透明导电薄膜的湿法刻蚀及光电特性研究

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作者董和平
来源内蒙古大学
出版年2021
摘要
ITO透明导电薄膜在电子、电气、信息、光学等各个领域广泛应用,是显示器件及太阳能电池的重要组成部分,利用湿法刻蚀工艺加工ITO透明导电薄膜具有工艺简单、成本低廉、性能可控等优点。本文分别以盐酸和盐酸硝酸混合液作为刻蚀液,采用浸泡及蒸熏两种刻蚀技术对ITO透明导电薄膜进行刻蚀,研究了刻蚀温度、刻蚀液浓度、刻蚀时间等因素对ITO透明导电薄膜表面形貌及光电性能的影响规律。采用紫外-可见-近红外光谱分析、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、四探针表面电阻率测试仪等测试方法,研究了不同刻蚀条件下ITO透明导电薄膜的光透过率、电阻率、表面形貌、化学态等性质,分析了刻蚀机理,并探索了薄膜光电特性的调控机制。研究结果表明,以盐酸硝酸混合液作为刻蚀液刻蚀速率大于以盐酸作为刻蚀液的刻蚀速率,采用浸泡刻蚀技术,其平均刻蚀速率可达51.74 nm/min。在浸泡刻蚀中,随着刻蚀温度、刻蚀液浓度、刻蚀时间的增加,薄膜刻蚀后透过率均逐渐增大,电阻率有所增加。使用盐酸浸泡刻蚀,改变刻蚀温度时,最佳刻蚀温度为50℃,该温度下样品薄膜透过率可达95%,方块电阻为22.947Ω/sq,Fo M值为4.9×10-3Ω-1,保证了良好的光透过率及电阻率。在蒸熏刻蚀中,随着刻蚀条件的改变,薄膜光透过率增大均不明显,电学特性改变仍在良好导电性限度以内。使用盐酸硝酸混合液蒸熏刻蚀,改变刻蚀温度,最佳刻蚀温度为60℃,该温度下样品薄膜透过率为92%,方块电阻为17.882Ω/sq,Fo M值为5.02×10-3Ω-1,光电性能在蒸熏刻蚀中可以实现优化,证明蒸熏刻蚀技术相对于浸泡工艺更适用于ITO透明导电薄膜的改性。SEM分析表明,采用蒸熏和浸泡技术刻蚀后,样品表面粗糙度均增加。采用蒸熏刻蚀技术,刻蚀温度为50℃,刻蚀时间为2 min时样品表面出现Sn富集现象,刻蚀液主要与In2O3反应,刻蚀温度高于50℃时Sn消失,刻蚀液同时与In2O3与Sn O2反应。采用浸泡刻蚀技术,刻蚀温度50℃以上表面发现明显粗糙度增加,光透过率增加。刻蚀机理分析发现,浸泡及蒸熏两种刻蚀技术在刻蚀过程中都以化学反应为主,且反应前后In与Sn均以In3+、Sn4+形式存在,刻蚀前后由于改变立方铁锰矿结构中缺陷、氧空位浓度以及Sn4+掺杂导电机制而影响薄膜性能。

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