专利名称:铟锡氧化物透明导电膜生产工艺的制作方法
本发明涉及优质铟锡氧化物(ITO)透明导电膜的制备及大规模工业性生产工艺。
ITO透明导电膜是光电性能完美结合的多功能薄膜材料。广泛用于液晶显示、固体显像、光电转换、电致发光的透明电极。在现有技术中，制备ITO透明导电膜有多种工艺，如阴极反应溅射、高频反应溅射、磁控反应溅射、反应离子镀、反应蒸发、热分解或热喷涂沉积等。其中反应蒸发有电子枪反应蒸发氧化铟参杂氧化锡的，也有电阻加热蒸发氧化铟参杂氧化锡的，还有电阻加热两个舟分别反应蒸发铟和锡的。欧洲专利EP030732A2介绍了一种反应蒸发法制造ITO膜的生产工艺，它解决了在塑料基底上低温沉积ITO膜的稳定性问题，但它因采用的是两步工艺，而使得反应蒸发不能直接穫得透明膜，必须在反应蒸发后再做氧化性热处理才能得到一定透明度的ITO膜。日本专利昭和57-208033报道了用磁控反应溅射法低温制备ITO膜的方法，其优点是用铟锡合金替代氧化铟和氧化锡混和物，以解决制造彩色摄像管透明电极时产生粒子飞溅导致成品率低的问题，但其性能也不令人满意方阻为3KΩ/口，在400～700nm，透过率85%以上。上述几种ITO膜的制备工艺，普遍存在的问题是成本高、效率低、工艺和性能的重现性差，不能满足大规模工业性生产的要求。
为解决上述问题，本发明提供了一种制备优质ITO透明导电膜的工业性生产工艺，其特点是1.在低温基片上快速直接穫得优质ITO膜;2.在最通用和最简便的设备上实现工艺和性能的重现性达到或接近100%;3.适合大面积均匀ITO膜的生产。
本发明是通过如下方式实现的ITO膜的优良性能，虽与锡参杂的浓度有关，但起决定作用的是膜中的氧空位浓度。因此工艺技术参数的组合应使ITO膜中形成合适的氧空位浓度。经大量实验，我们发现了在反应蒸发铟锡合金制备ITO膜的工艺中使ITO膜形成合适的氧空位浓度的工艺技术参数的组合方式。这种组合方式是造成低温快速成膜的特定条件，能使ITO膜的电阻率和透过率得到完美的结合。本发明所确定的工艺技术参数的组合方式是铟∶锡＝10∶1(重量比)基片加热温度 150～200℃湿氧流量 80～160ml/分反应蒸发氧压 1×10-2～3×10-2托蒸发钼舟尺寸(加热部份) (5～10)mm×(8～12)mm钼舟加热温度 880～920℃沉积速度 300～600埃/分蒸发时间 2～5分沉积周期 20～25分基片与蒸发源垂直距离 100～120mm基片旋转速度 25转/分蒸发料总量 0.2～0.3克任何大规模工业性生产都要求工艺和性能具有高重现性。对于制备ITO膜来说，要实现工艺和性能的高重现性，其关键在于实现蒸发速度与氧压的最佳配合，以重复地获得最适宜的氧空位浓度。本发明提供了一种能使重现性达到或接近100%的控制方法，现结合附图详细说明如下参照图2，我们发现，最适宜的氧空位浓度必然对应于蒸发速度与氧压的最佳配合。由于蒸发速度取决于钼舟7的加热温度，而钼舟7的加热温度又取决于其加热电流，因此钼舟7的加热电流就成了控制蒸发速度的要素。又由于湿氧流量可以做到是恒定的，因此真空室11内氧气的浓度也是基本恒定的，这样氧的消耗量能从真空计12得到指示，而耗氧量的多少又反映了蒸发速度的大小，蒸发速度越大，耗氧量越大，真空计12指示压力降低，反之亦然。因此通过真空计12压力指示的变化，能判断ITO膜中氧空位浓度是否合适，蒸发速度与氧压是否达到最佳配合。参照图1，这样我们就建立了加热电流、蒸发速度、氧压(耗氧量)三者之间的关系。图1中1是湿氧流量曲线、2是真空室氧压曲线、3是蒸发速度(沉积速度)曲线、4是加热电流曲线。图1所表示的曲线为实际操作提供了依据恒定湿氧流量，调节氧压在1×10-2～3×10-2托，根据氧压变化，调节钼舟7的加热电流，使氧压始终稳定在1.2×10-2～1.6×10-2托，实现蒸发速度与氧压的最佳配合。在蒸发的初始阶段，随着钼舟7加热电流的增大，真空计指示压力下降，一直达到b点，这一阶段约经历10秒，形成氧空位浓度与锡参杂浓度较低的数十埃ITO薄层，这一薄层的透过率和与基片5的附着情况极好，虽然电阻率较大，但对整个膜层不起决定作用。b点以后，进入稳定蒸发阶段，即氧空位浓度最适宜和稳定参杂锡的阶段。ITO膜性能的好坏主要取决于这一阶段。该阶段持续2～5分钟，在这一阶段，只要稍微调节钼舟7的加热电流，就能使氧压指示明显变化，使蒸发速度与氧压按要求精确地配合，从而获得最合适的氧空位浓度的ITO膜，实现电阻率和透过率的最好结合，并且重现性极好。
为了获得大面积均匀的ITO膜，满足工业性生产的要求，本发明采用了如下的方法即使基片5上各点的成膜状态和沉积速度趋向一致的多舟并联择优分布法。参照图2B，基片5作平面旋转，根据钼舟7的位置变化，基片5上各点的沉积速度也发生变化，只有在钼舟7处于某一位置时，基片5上各点的沉积速度才能趋向一致。在基片5与钼舟7的垂直距离为100～120mm时经过择优分布实验，我们发现只有当钼舟7的中心位置与镀膜机中心轴的距离r＝115～130mm时，基片5上各点的沉积速度才能趋向一致。这样，我们就可以在这个最优位置r处，同时设置多个钼舟，使其并联，用同一个电源提供加热电流以控制蒸发过程，来满足蒸发速度与氧压的最佳配合及大规模生产的要求。
本发明的ITO透明导电膜生产工艺，具有如下的积极效果1.在低温基片上(150～200℃)快速(300～600埃/分，2～5分钟)直接获得优质ITO膜膜厚680～3200埃，方阻8～30Ω/口，电阻率(1.3～1.7)×10-4Ω·cm可见光透过率90～98%，红外反射40～90%，微波衰减19～34dB，膜层致密光滑稳定性好，在空气中120℃加热20小时后方阻变化小于10%，透过率基本不变;空气中250℃加热二小时后，方阻变化小于15%，透过率略有提高。
2.在最通用的镀膜机上各工艺参数和膜的性能的重现性达到或接近100%，并且操作方便、控制简单。
3.在220mm×220mm基片上方阻不均匀性小于10%，透过率不均匀性小于5%。
图1获得最适宜氧空位浓度及高重现性的控制曲线。
图2A多舟并联反应蒸发铟锡合金实施设备示意图。
图2B双舟并联在真空室内的平面布置示意图。
图3钼舟的平面示意图。
实施例参照图2及图3，本发明的ITO透明导电膜生产工艺在DM-450镀膜机上实施，效果很好。该实施例中，选用的各工艺技术参数如下钼舟尺寸 W1＝7mm W2＝25mm L1＝10mmL2＝30mm基片5与钼舟7的垂直距离 110mm基片5旋转速度 25转/分双舟并联，钼舟中心与镀膜机中心轴距离 r＝125mm铟∶锡＝10∶1(重量比)蒸发料总用量 0.25克湿氧流量 120mL/分真空室氧压 1×10-2～3×10-2托沉积速度 300～600埃/分钼舟加热电压6V，电流170～190A蒸发时间 2～5分，沉积周期 20～25分钟具体步骤如下
将铟锡合金装入两个并联的钼舟7内，真空室11抽真空，同时基片5加热和加高电压(约800V)，轰击清洗基片5，当真空室11的真空度抽至4×10-4托时，通湿氧，使氧压保持在3×10-2托，并关闭轰击高压，在旋转基片5的同时升高钼舟7的加热电流熔化蒸发料进入反应蒸发，按照图1所示的曲线控制蒸发速度(通过调节加热电流)，从而控制整个蒸发过程，根据厚度和方阻要求，蒸发2～5分钟结束，全部过程约需20～25分钟。
权利要求
1.一种铟锡氧化物透明导电膜的生产工艺，其特征在于各工艺技术参数采用如下的组合方式铟∶锡=10∶1 (重量比)基片加热温度 150～200℃湿氧流量 80～160mL/分反应蒸发氧压 1×10-2～3×10-2托蒸发钼舟尺寸(加热部份) (5～10)mm×(8～12)mm钼舟加热温度 880～920℃沉积速度 300～600埃/分蒸发时间 2～5分沉积周期 20～25分基片与蒸发源垂直距离 100～120mm基片旋转速度 25转/分蒸发料总量 0.2～0.3克
2.根据权利要求
1所述的生产工艺，其特征在于反应蒸发过程采用如图1所示的控制曲线进行，恒定湿氧流量，调节氧压在1×10-2～3×10-2托之间，根据氧压变化调节钼舟加热电流，使氧压始终稳定在1.2×10-2～1.6×10-2托。
3.根据权利要求
1所述的生产工艺，其特征在于在基片5与钼舟7的垂直距离为100～120mm的条件下，钼舟7的中心点与镀膜机中心轴的距离为115～130mm。
4.根据权利要求
1所述的生产工艺，其特征在于在距镀膜机中心轴r＝115～130mm的环形位置上，同时设置多个钼舟，钼舟之间采用并联方式连接。
5.根据权利要求
4所述的生产工艺，其特征在于所有钼舟使用的加热电流由同一个电源供给。
专利摘要
一种铟锡氧化物透明导电膜的生产工艺。本发明涉及优质铟锡氧化物透明导电膜的制备及大规模工业性生产工艺。该生产工艺技术参数采用的组合方式，能在低温基片上快速直接获得ITO透明导电膜；采用曲线控制蒸发过程使工艺和性能的重现性达到或接近100％；采用多舟并联择优分布法以获得大面积均匀的优质ITO膜。
文档编号H01B5/14GK87107654SQ87107654
公开日1988年10月12日 申请日期1987年12月31日
发明者彭传才, 金昭廷 申请人:国防科学技术大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan