ITO 圖形制備工藝1
透明導電氧化物薄膜主要包括號In、Zn、Sb和Cd的氧化物及其復合多元氧化物薄膜材料,具有禁帶寬、可見光譜區光透射率高和電阻率低,對紫外線的吸收率大于85%,對紅外線的反射率大于70%等特性。透明導電薄膜以摻錫氧化銦(Indium TinOxinde)ITO為代表,廣泛地應用于平板顯示、太陽能電池、特殊功能窗口涂層及其它光電器件領域,它的特性是當厚度降到 1800埃 (1埃 =10- 10米 )以下時會突然變得透明,透光率為80%,再薄下去透光率反而下降,到300埃厚度時又上升到80%。ITO是所有電阻技術觸屏及電容技術觸摸屏都用到的主要材料,實際上電阻和電容技術觸摸屏的工作面就是ITO涂層。
一、ITO的特性
ITO就是在In2O3里摻入Sn后,Sn元素可以代替In2O3晶格中的In元素而以SnO2的形式存在,因為In2O3中的In元素是三價,形成SnO2時將貢獻一個電子到導帶上,同時在一定的缺氧狀態下產生氧空穴,形成1020至1021cm-3的載流子濃度和10至30cm2/vs的遷移率。這個機理提供了在10-4Ω.cm數量級的低薄膜電阻率,所以ITO薄膜具有半導體的導電性能。
目前ITO膜層之電阻率一般在5*10-4左右,最好可5*10-5,已接近金屬的電阻率,在實際應用時,常以方塊電阻來表征ITO的導電性能,ITO膜之透過率和阻值分別由In2O3與Sn2O3之比例控制,增加氧化銦比例則可提高ITO之透過率,通常Sn2O3:In2O3=1:9因為氧化錫之厚度超過200埃時,通常透明度已不夠好--雖然導電性能很好。
如用是電流平行流經ITO脫層的情形,其中d為膜厚,I為電流,L1為在電流方向上膜厚層長度,L2為在垂直于電流方向上的膜層長主,當電流流過方形導電膜時,該層電阻R=PL1/dL2式中P為導電膜之電阻率,對于給定膜層,P和d可視為定值,P/d,當L1=L2時,其正方形膜層,無論方塊大小如何,其電阻均為定值P/d,此即方塊電阻定義: R□=P/d,式中R□單位為:奧姆/□(Ω/□),由此可所出方塊電阻與IOT膜層電阻率P和ITO膜厚d有關且ITO膜阻值越低,膜厚越大。
ITO膜層的電阻對高溫和酸堿比較敏感,因為通常的電子產品生產工藝中要使用高溫烘烤及各種酸堿液的浸泡,而一般在300°C *30min的環境中,會使R□增大2-3倍,而在10wt%NaOH*5min及6wt%HCL*2min(60°C)下也會增到1.1倍左右,由此可知,在生產工藝中不宜采用高溫生產及酸堿的長時清洗,若無法避免,則應盡量在低溫下進行并盡量縮短動作時間。
ITO 膜在電子行業應用中,除了作為電子屏蔽、紫外線吸收阻斷、紅外線反射阻斷等應用外,還有一大應用就是在平板顯示器領域作為透明電極線路使用,利用ITO膜制作透明電極線路的方法主要為化學蝕刻、激光刻蝕兩種。
二、ITO膜的制作方式
1、真空磁控濺射鍍膜。
ITO磁控濺射示意圖
濺射過程中,在高氧流量的情況下,從靶材中轟擊出的金屬In、Sn原子在真空室內或襯底表面能充分和氧反應生成In2O3和SnO2
2、絲印或噴墨打印法
目前僅日本住友有絲印法的實用技術,用于該公司自有產品上使用,據說品質上要比傳統方式好些。一般微晶ITO粉劑制劑用絲印方式生產較合理,納米級ITO粉劑制劑則可以使用噴墨找印法。
這種方式無疑在生產效率上是最高的,在絕大部分場合,省去了后面的刻蝕工序,直接生產所需要的ITO透明電極圖形,是以后的主要研究和發展方向
3、半導體制程之Lift-off 作法
可以另外在PET薄膜基材上先進行印刷負型圖案,接著進行ITO鍍膜,最后將印刷油墨去除。
三、化學蝕刻法進行ITO圖形制備
目前行業中應用最廣的ITO膜,絕大部分都是利用磁控濺射的方式生產的。磁控濺射所生成的ITO層,可以理解為一些單個的原子或原子團經氧化后堆積在一起所形成的薄膜,所以從宏觀上講,它可以理解為具有各向同性的特性,也就是在光、電、化學等性能上,各個方向基本上是一致的。這個特性可以讓ITO膜在進行化學蝕刻時,各個方向的化學反應速度都一致,從而得到很好的圖形重現性。因為即使在圖形邊緣進行三到五倍的過蝕時間,也只是在邊緣損失幾百到幾千埃的側蝕區,對于微米級以上的線路而言,埃級的公差可以完全忽略。ITO層在宏觀上理解為各向同性特性這點與一些場合強調ITO是一種非等鍵晶體結構所體現的各向異性是完全不同的概念,強調其晶體結構,是為了強調表述其微觀結構上的穩定性,這種穩定性能夠具體描述它的一些物理化學參數的相對恒定值,然而從宏觀上講,ITO不可能真正的成為完整結構的晶體結構。