本發(fā)明屬于透明半導(dǎo)體薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種取向ITO薄膜的制備方法。

背景技術(shù)：

銦錫氧化物薄膜(ITO)具有良好的光電性能，常作為各種電器件的背電極使用，目前商用ITO薄膜多由磁控濺射法進行制備。由于近年功能建筑玻璃的應(yīng)用研究興起，且要求尺寸普遍較大，所以像磁控濺射這種使用真空系統(tǒng)進行原子級別沉積的方式在大尺寸均勻薄膜制備方面出現(xiàn)了局限性。噴霧熱解技術(shù)可以通過增加噴槍個數(shù)制備大面積、厚度均勻的薄膜。但該技術(shù)制備的ITO薄膜光電性能不高，難以達到商用ITO薄膜的性能要求。眾多學(xué)者采用多種辦法改進噴霧熱解法制備的ITO薄膜的光電性能，如O.P.Agnihotri與H.Haitjema等人研究了溶膠中的Sn含量與ITO薄膜的電學(xué)性能的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)溶膠中Sn的最佳摩爾分數(shù)在4～10at％；P.K.Manoj發(fā)現(xiàn)可通過對制備出的ITO薄膜進行后續(xù)真空熱處理使其電阻率降低；同時，A.V.Moholkar等人研究了溶膠濃度對制備出的ITO薄膜電學(xué)性的影響，當溶膠濃度為25mM時可得到較低的電阻率的ITO薄膜。然而上述報道中的ITO薄膜電學(xué)性能均大于目前商用磁控濺射的水平(電阻率：3～5×10^-4Ω·cm)，此外還有如申請?zhí)?00480024772.3，專利名稱為“ITO薄膜及其制造方法”，公開號為CN1842492A，公開日為2006.10.04的發(fā)明專利，該項專利中錫摻雜氧化銦噴涂液是使用InCl₃作為原料制備的噴涂液，雖然光電性能較好，但其測試時采用的是石英基板，這與常用的普通玻璃基板差別較大，本說明書作者使用普通鈉鈣玻璃基板采用同樣的參數(shù)進行沉積，其光電性能數(shù)值與其說明書上數(shù)值較大(>4.5×10^-4Ω·cm)，而在石英基板上的沉積數(shù)值差別不大(1～2×10^-4Ω·cm)。說明該種沉積工藝環(huán)境適應(yīng)性不好，即使將在鈉鈣玻璃上沉積的樣品置于真空系統(tǒng)進行后處理可以大幅降低薄膜的電阻率，但其處理的面積也有限，所以這些方式對ITO薄膜的電學(xué)性能提升效果有限。

為了適應(yīng)更為復(fù)雜的制備環(huán)境和要求，一種普適性更好的ITO沉積工藝需要提出。根據(jù)報道，ITO薄膜的光電性能與ITO晶粒生長有關(guān)，有報道表明在少氧的環(huán)境下可以生長出具有(l00)面的ITO薄膜，該種ITO薄膜具有較多的氧空位，這樣可增加ITO薄膜中的載流子濃度，從而可降低薄膜的電阻率。Heqing Yang等人的報道，InCl₃是通過與H₂O反應(yīng)形成In₂O₃，那么可以推測H₂O是InCl₃轉(zhuǎn)變成In₂O₃時氧元素的來源，因此，可以通過控制溶膠中的水含量來控制薄膜生長時的氧含量，從而制備出(l00)取向的ITO薄膜，從而達到提高ITO薄膜的光電性能的目的。

所以本專利采用InCl₃·4H₂O、SnCl₄·5H₂O為出發(fā)原料，乙醇為溶劑，H₂O作為添加劑，N₂作為載氣，通過控制溶膠中的H₂O含量在普通鈉鈣玻璃基板上制備出(l00)取向、光電性能更優(yōu)的ITO薄膜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種取向ITO薄膜的制備方法，該方法制備效率高，成本低，制備得到額度噴涂液性能穩(wěn)定。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種取向ITO薄膜的制備方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1，將InCl₃·4.5H₂O、SnCl₄·5H₂O、溶劑和去離子水混合，放入高壓反應(yīng)釜中反應(yīng)得到ITO噴涂液；

步驟2，將步驟1得到的ITO噴涂液通過空氣霧化或超聲霧化的方式沉積在玻璃基板上，得到取向ITO薄膜。

本發(fā)明的特點還在于，

步驟1得到的ITO噴涂液中In元素在噴涂液中的摩爾濃度為0.2～1.0mol/L，Sn元素與In元素的摩爾比為0.09～0.11：1。

步驟1中去離子水的含量為ITO噴涂液總體積的2～10％。

步驟1中溶劑為甲醇、乙醇、無水甲醇、無水乙醇、異丙醇或正丁醇的一種，或任意幾種以任意比例組成的混合物。

步驟1中高壓反應(yīng)釜中溫度為50～70℃、反應(yīng)壓力為0.4MPa，反應(yīng)時間為1～2h。

步驟2中沉積溫度為300～400℃，采用N₂或惰性氣體為載氣。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明取向ITO薄膜的制備方法，有如下特點：1.溶膠配制時間短(1～2h)；2.該溶膠可以在普通鈉鈣玻璃(厚度<5mm，平均透過率為88.6％)上沉積出具有(l00)取向的ITO玻璃，其電阻率～3×10^-4Ω·cm、可見光平均透過率達到82％，且對沉積環(huán)境適應(yīng)性強。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1～5的薄膜(包含玻璃)的晶體結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

本發(fā)明取向ITO薄膜的制備方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1，將InCl₃·4.5H₂O、SnCl₄·5H₂O、溶劑和去離子水混合，放入溫度為50～70℃、反應(yīng)壓力為0.4MPa的高壓反應(yīng)釜中反應(yīng)為1～2h得到ITO噴涂液；

ITO噴涂液中In元素在噴涂液中的摩爾濃度為0.2～1.0mol/L，Sn元素與In元素的摩爾比為0.09～0.11：1；去離子水的含量為ITO噴涂液總體積的2～10％；醇類為甲醇、乙醇、無水甲醇、無水乙醇、異丙醇或正丁醇的一種，或任意幾種以任意比例組成的混合物。溶劑的添加量保證整個溶膠的濃度在0.2～1.0mol/L之間。

步驟2，將步驟1得到的ITO噴涂液通過空氣霧化或超聲霧化的方式沉積在玻璃基板上，沉積溫度為300～400℃，采用N₂或惰性氣體為載氣，得到取向ITO薄膜。

實施例1

將30g的InCl₃·4H₂O、3.8g的SnCl₄·5H₂O與10ml的H₂O、500ml的無水乙醇混合置于高壓反應(yīng)釜中在60℃下攪拌約1小時，等到淡綠色0.2mol/L透明的ITO噴涂液。其中In元素在混合溶液中的摩爾濃度為0.2mol/L，Sn元素與In元素的摩爾比為0.1：1，去離子水的含量為ITO噴涂液總體積的5％。

將該ITO噴涂液用于噴霧熱解制備ITO玻璃工藝當中，沉積溫度為400℃，載氣為空氣，得到ITO薄膜。

實施例1制得的錫摻雜氧化銦薄膜(ITO薄膜)的透明導(dǎo)電玻璃的平均膜厚為320nm，平均光透過率為81.0％(基板平均透過率為88.6％)，電阻率為3.81×10^-4Ω·cm。

其中，薄膜晶體結(jié)構(gòu)如圖1中a所示，與標準衍射卡片對比該衍射譜中(400)面衍射峰最強，其余譜峰很弱，其表現(xiàn)為(l00)取向。

實施例2

將30g的InCl₃·4H₂O、3.8g的SnCl₄·5H₂O與35ml的H₂O、500ml的無水乙醇混合置于高壓反應(yīng)釜中在70℃下攪拌約2小時，等到淡綠色0.2mol/L透明的ITO噴涂液。其中In元素在混合溶液中的摩爾濃度為0.8mol/L，Sn元素與In元素的摩爾比為0.1：1，去離子水的含量為ITO噴涂液總體積的2％。

將該ITO噴涂液用于噴霧熱解制備ITO玻璃工藝當中，沉積溫度為350℃，載氣為氮氣，得到ITO薄膜。

實施例2制得的錫摻雜氧化銦薄膜的透明導(dǎo)電玻璃的平均膜厚為310nm，平均光透過率為81.0％(基板平均透過率為88.6％)，電阻率為3.08×10^-4Ω·cm。

其中，薄膜晶體結(jié)構(gòu)如圖1中b所示，與標準衍射卡片對比該衍射譜中(400)面衍射峰最強，其余譜峰很弱，其表現(xiàn)為(l00)取向。

實施例3

將30g的InCl₃·4H₂O、3.23g的SnCl₄·5H₂O與10ml的H₂O、500ml的無水乙醇混合置于高壓反應(yīng)釜中在70℃下攪拌約1小時，等到淡綠色0.2mol/L透明的ITO噴涂液。其中In元素在混合溶液中的摩爾濃度為0.6mol/L，Sn元素與In元素的摩爾比為0.09：1，去離子水的含量為ITO噴涂液總體積的8％。

將該ITO噴涂液用于噴霧熱解制備ITO玻璃工藝當中，沉積溫度為400℃，載氣為氮氣，得到ITO薄膜。

實施例3制得的錫摻雜氧化銦薄膜的透明導(dǎo)電玻璃的平均膜厚為327nm，平均光透過率為81.9％(基板平均透過率為88.6％)，電阻率為3.35×10^-4Ω·cm。

其中，薄膜晶體結(jié)構(gòu)如圖1中c所示，與標準衍射卡片對比該衍射譜中(400)面衍射峰最強，其余譜峰很弱，其表現(xiàn)為(l00)取向。

實施例4

將30g的InCl₃·4H₂O、3.95g的SnCl₄·5H₂O與10ml的H₂O、500ml的無水乙醇混合置于高壓反應(yīng)釜中在70℃下攪拌約1小時，等到淡綠色0.2mol/L透明的ITO噴涂液。其中In元素在混合溶液中的摩爾濃度為1mol/L，Sn元素與In元素的摩爾比為0.11：1，去離子水的含量為ITO噴涂液總體積的5％。

將該ITO噴涂液用于噴霧熱解制備ITO玻璃工藝當中，沉積溫度為300℃，載氣為空氣，得到ITO薄膜。

實施例4制得的錫摻雜氧化銦薄膜的透明導(dǎo)電玻璃的平均膜厚為335nm，平均光透過率為82.0％(基板平均透過率為88.6％)，電阻率為3.49×10^-4Ω·cm，

其中，薄膜晶體結(jié)構(gòu)如圖1中d所示，與標準衍射卡片對比該衍射譜中(400)面衍射峰最強，其余譜峰很弱，其表現(xiàn)為(l00)取向。

實施例5

將30g的InCl₃·4H₂O、3.98g的SnCl₄與500ml的工業(yè)酒精混合置于高壓反應(yīng)釜中在70℃下攪拌約1小時，等到淡綠色0.2mol/L透明的ITO噴涂液。其中In元素在混合溶液中的摩爾濃度為0.2mol/L，Sn元素與In元素的摩爾比為0.11：1，去離子水的含量為ITO噴涂液總體積的10％。

將該ITO噴涂液用于噴霧熱解制備ITO玻璃工藝當中，沉積溫度為400℃，載氣為氮氣，得到ITO薄膜。

實施例5制得的錫摻雜氧化銦薄膜的透明導(dǎo)電玻璃的平均膜厚為330nm，平均光透過率為82.5％(基板平均透過率為88.6％)，電阻率為3.23×10^-4Ω·cm。

其中，薄膜晶體結(jié)構(gòu)如圖1中e所示，與標準衍射卡片對比該衍射譜中(400)面衍射峰最強，其余譜峰很弱，其表現(xiàn)為(l00)取向。

以上五個實例中，援引的平均可見光透過率值通過如下公式計算得出的：

式中，τ_v為平均可見光透過率，τ(λ)為實測的可見光光譜透過率，D_λ為標準照明體D65的相對光譜功率分布，V(λ)為明視覺光譜光視效率，λ為波長，Δλ為波長間隔10nm。