專利名稱:銦錫氧化物透明導(dǎo)電膜生產(chǎn)工藝的制作方法
本發(fā)明涉及優(yōu)質(zhì)銦錫氧化物(ITO)透明導(dǎo)電膜的制備及大規(guī)模工業(yè)性生產(chǎn)工藝。
ITO透明導(dǎo)電膜是光電性能完美結(jié)合的多功能薄膜材料。廣泛用于液晶顯示、固體顯像、光電轉(zhuǎn)換、電致發(fā)光的透明電極。在現(xiàn)有技術(shù)中，制備ITO透明導(dǎo)電膜有多種工藝，如陰極反應(yīng)濺射、高頻反應(yīng)濺射、磁控反應(yīng)濺射、反應(yīng)離子鍍、反應(yīng)蒸發(fā)、熱分解或熱噴涂沉積等。其中反應(yīng)蒸發(fā)有電子槍反應(yīng)蒸發(fā)氧化銦參雜氧化錫的，也有電阻加熱蒸發(fā)氧化銦參雜氧化錫的，還有電阻加熱兩個(gè)舟分別反應(yīng)蒸發(fā)銦和錫的。歐洲專利EP030732A2介紹了一種反應(yīng)蒸發(fā)法制造ITO膜的生產(chǎn)工藝，它解決了在塑料基底上低溫沉積ITO膜的穩(wěn)定性問題，但它因采用的是兩步工藝，而使得反應(yīng)蒸發(fā)不能直接穫得透明膜，必須在反應(yīng)蒸發(fā)后再做氧化性熱處理才能得到一定透明度的ITO膜。日本專利昭和57-208033報(bào)道了用磁控反應(yīng)濺射法低溫制備ITO膜的方法，其優(yōu)點(diǎn)是用銦錫合金替代氧化銦和氧化錫混和物，以解決制造彩色攝像管透明電極時(shí)產(chǎn)生粒子飛濺導(dǎo)致成品率低的問題，但其性能也不令人滿意方阻為3KΩ/口，在400～700nm，透過率85%以上。上述幾種ITO膜的制備工藝，普遍存在的問題是成本高、效率低、工藝和性能的重現(xiàn)性差，不能滿足大規(guī)模工業(yè)性生產(chǎn)的要求。
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種制備優(yōu)質(zhì)ITO透明導(dǎo)電膜的工業(yè)性生產(chǎn)工藝，其特點(diǎn)是1.在低溫基片上快速直接穫得優(yōu)質(zhì)ITO膜;2.在最通用和最簡便的設(shè)備上實(shí)現(xiàn)工藝和性能的重現(xiàn)性達(dá)到或接近100%;3.適合大面積均勻ITO膜的生產(chǎn)。
本發(fā)明是通過如下方式實(shí)現(xiàn)的ITO膜的優(yōu)良性能，雖與錫參雜的濃度有關(guān)，但起決定作用的是膜中的氧空位濃度。因此工藝技術(shù)參數(shù)的組合應(yīng)使ITO膜中形成合適的氧空位濃度。經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)了在反應(yīng)蒸發(fā)銦錫合金制備ITO膜的工藝中使ITO膜形成合適的氧空位濃度的工藝技術(shù)參數(shù)的組合方式。這種組合方式是造成低溫快速成膜的特定條件，能使ITO膜的電阻率和透過率得到完美的結(jié)合。本發(fā)明所確定的工藝技術(shù)參數(shù)的組合方式是銦∶錫＝10∶1(重量比)基片加熱溫度 150～200℃濕氧流量 80～160ml/分反應(yīng)蒸發(fā)氧壓 1×10-2～3×10-2托蒸發(fā)鉬舟尺寸(加熱部份) (5～10)mm×(8～12)mm鉬舟加熱溫度 880～920℃沉積速度 300～600埃/分蒸發(fā)時(shí)間 2～5分沉積周期 20～25分基片與蒸發(fā)源垂直距離 100～120mm基片旋轉(zhuǎn)速度 25轉(zhuǎn)/分蒸發(fā)料總量 0.2～0.3克任何大規(guī)模工業(yè)性生產(chǎn)都要求工藝和性能具有高重現(xiàn)性。對(duì)于制備ITO膜來說，要實(shí)現(xiàn)工藝和性能的高重現(xiàn)性，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)速度與氧壓的最佳配合，以重復(fù)地獲得最適宜的氧空位濃度。本發(fā)明提供了一種能使重現(xiàn)性達(dá)到或接近100%的控制方法，現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)說明如下參照?qǐng)D2，我們發(fā)現(xiàn)，最適宜的氧空位濃度必然對(duì)應(yīng)于蒸發(fā)速度與氧壓的最佳配合。由于蒸發(fā)速度取決于鉬舟7的加熱溫度，而鉬舟7的加熱溫度又取決于其加熱電流，因此鉬舟7的加熱電流就成了控制蒸發(fā)速度的要素。又由于濕氧流量可以做到是恒定的，因此真空室11內(nèi)氧氣的濃度也是基本恒定的，這樣氧的消耗量能從真空計(jì)12得到指示，而耗氧量的多少又反映了蒸發(fā)速度的大小，蒸發(fā)速度越大，耗氧量越大，真空計(jì)12指示壓力降低，反之亦然。因此通過真空計(jì)12壓力指示的變化，能判斷ITO膜中氧空位濃度是否合適，蒸發(fā)速度與氧壓是否達(dá)到最佳配合。參照?qǐng)D1，這樣我們就建立了加熱電流、蒸發(fā)速度、氧壓(耗氧量)三者之間的關(guān)系。圖1中1是濕氧流量曲線、2是真空室氧壓曲線、3是蒸發(fā)速度(沉積速度)曲線、4是加熱電流曲線。圖1所表示的曲線為實(shí)際操作提供了依據(jù)恒定濕氧流量，調(diào)節(jié)氧壓在1×10-2～3×10-2托，根據(jù)氧壓變化，調(diào)節(jié)鉬舟7的加熱電流，使氧壓始終穩(wěn)定在1.2×10-2～1.6×10-2托，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)速度與氧壓的最佳配合。在蒸發(fā)的初始階段，隨著鉬舟7加熱電流的增大，真空計(jì)指示壓力下降，一直達(dá)到b點(diǎn)，這一階段約經(jīng)歷10秒，形成氧空位濃度與錫參雜濃度較低的數(shù)十埃ITO薄層，這一薄層的透過率和與基片5的附著情況極好，雖然電阻率較大，但對(duì)整個(gè)膜層不起決定作用。b點(diǎn)以后，進(jìn)入穩(wěn)定蒸發(fā)階段，即氧空位濃度最適宜和穩(wěn)定參雜錫的階段。ITO膜性能的好壞主要取決于這一階段。該階段持續(xù)2～5分鐘，在這一階段，只要稍微調(diào)節(jié)鉬舟7的加熱電流，就能使氧壓指示明顯變化，使蒸發(fā)速度與氧壓按要求精確地配合，從而獲得最合適的氧空位濃度的ITO膜，實(shí)現(xiàn)電阻率和透過率的最好結(jié)合，并且重現(xiàn)性極好。
為了獲得大面積均勻的ITO膜，滿足工業(yè)性生產(chǎn)的要求，本發(fā)明采用了如下的方法即使基片5上各點(diǎn)的成膜狀態(tài)和沉積速度趨向一致的多舟并聯(lián)擇優(yōu)分布法。參照?qǐng)D2B，基片5作平面旋轉(zhuǎn)，根據(jù)鉬舟7的位置變化，基片5上各點(diǎn)的沉積速度也發(fā)生變化，只有在鉬舟7處于某一位置時(shí)，基片5上各點(diǎn)的沉積速度才能趨向一致。在基片5與鉬舟7的垂直距離為100～120mm時(shí)經(jīng)過擇優(yōu)分布實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)鉬舟7的中心位置與鍍膜機(jī)中心軸的距離r＝115～130mm時(shí)，基片5上各點(diǎn)的沉積速度才能趨向一致。這樣，我們就可以在這個(gè)最優(yōu)位置r處，同時(shí)設(shè)置多個(gè)鉬舟，使其并聯(lián)，用同一個(gè)電源提供加熱電流以控制蒸發(fā)過程，來滿足蒸發(fā)速度與氧壓的最佳配合及大規(guī)模生產(chǎn)的要求。
本發(fā)明的ITO透明導(dǎo)電膜生產(chǎn)工藝，具有如下的積極效果1.在低溫基片上(150～200℃)快速(300～600埃/分，2～5分鐘)直接獲得優(yōu)質(zhì)ITO膜膜厚680～3200埃，方阻8～30Ω/口，電阻率(1.3～1.7)×10-4Ω·cm可見光透過率90～98%，紅外反射40～90%，微波衰減19～34dB，膜層致密光滑穩(wěn)定性好，在空氣中120℃加熱20小時(shí)后方阻變化小于10%，透過率基本不變;空氣中250℃加熱二小時(shí)后，方阻變化小于15%，透過率略有提高。
2.在最通用的鍍膜機(jī)上各工藝參數(shù)和膜的性能的重現(xiàn)性達(dá)到或接近100%，并且操作方便、控制簡單。
3.在220mm×220mm基片上方阻不均勻性小于10%，透過率不均勻性小于5%。
圖1獲得最適宜氧空位濃度及高重現(xiàn)性的控制曲線。
圖2A多舟并聯(lián)反應(yīng)蒸發(fā)銦錫合金實(shí)施設(shè)備示意圖。
圖2B雙舟并聯(lián)在真空室內(nèi)的平面布置示意圖。
圖3鉬舟的平面示意圖。
實(shí)施例參照?qǐng)D2及圖3，本發(fā)明的ITO透明導(dǎo)電膜生產(chǎn)工藝在DM-450鍍膜機(jī)上實(shí)施，效果很好。該實(shí)施例中，選用的各工藝技術(shù)參數(shù)如下鉬舟尺寸 W1＝7mm W2＝25mm L1＝10mmL2＝30mm基片5與鉬舟7的垂直距離 110mm基片5旋轉(zhuǎn)速度 25轉(zhuǎn)/分雙舟并聯(lián)，鉬舟中心與鍍膜機(jī)中心軸距離 r＝125mm銦∶錫＝10∶1(重量比)蒸發(fā)料總用量 0.25克濕氧流量 120mL/分真空室氧壓 1×10-2～3×10-2托沉積速度 300～600埃/分鉬舟加熱電壓6V，電流170～190A蒸發(fā)時(shí)間 2～5分，沉積周期 20～25分鐘具體步驟如下
將銦錫合金裝入兩個(gè)并聯(lián)的鉬舟7內(nèi)，真空室11抽真空，同時(shí)基片5加熱和加高電壓(約800V)，轟擊清洗基片5，當(dāng)真空室11的真空度抽至4×10-4托時(shí)，通濕氧，使氧壓保持在3×10-2托，并關(guān)閉轟擊高壓，在旋轉(zhuǎn)基片5的同時(shí)升高鉬舟7的加熱電流熔化蒸發(fā)料進(jìn)入反應(yīng)蒸發(fā)，按照?qǐng)D1所示的曲線控制蒸發(fā)速度(通過調(diào)節(jié)加熱電流)，從而控制整個(gè)蒸發(fā)過程，根據(jù)厚度和方阻要求，蒸發(fā)2～5分鐘結(jié)束，全部過程約需20～25分鐘。
權(quán)利要求
1.一種銦錫氧化物透明導(dǎo)電膜的生產(chǎn)工藝，其特征在于各工藝技術(shù)參數(shù)采用如下的組合方式銦∶錫=10∶1 (重量比)基片加熱溫度 150～200℃濕氧流量 80～160mL/分反應(yīng)蒸發(fā)氧壓 1×10-2～3×10-2托蒸發(fā)鉬舟尺寸(加熱部份) (5～10)mm×(8～12)mm鉬舟加熱溫度 880～920℃沉積速度 300～600埃/分蒸發(fā)時(shí)間 2～5分沉積周期 20～25分基片與蒸發(fā)源垂直距離 100～120mm基片旋轉(zhuǎn)速度 25轉(zhuǎn)/分蒸發(fā)料總量 0.2～0.3克
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于反應(yīng)蒸發(fā)過程采用如圖1所示的控制曲線進(jìn)行，恒定濕氧流量，調(diào)節(jié)氧壓在1×10-2～3×10-2托之間，根據(jù)氧壓變化調(diào)節(jié)鉬舟加熱電流，使氧壓始終穩(wěn)定在1.2×10-2～1.6×10-2托。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于在基片5與鉬舟7的垂直距離為100～120mm的條件下，鉬舟7的中心點(diǎn)與鍍膜機(jī)中心軸的距離為115～130mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于在距鍍膜機(jī)中心軸r＝115～130mm的環(huán)形位置上，同時(shí)設(shè)置多個(gè)鉬舟，鉬舟之間采用并聯(lián)方式連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于所有鉬舟使用的加熱電流由同一個(gè)電源供給。
專利摘要
一種銦錫氧化物透明導(dǎo)電膜的生產(chǎn)工藝。本發(fā)明涉及優(yōu)質(zhì)銦錫氧化物透明導(dǎo)電膜的制備及大規(guī)模工業(yè)性生產(chǎn)工藝。該生產(chǎn)工藝技術(shù)參數(shù)采用的組合方式，能在低溫基片上快速直接獲得ITO透明導(dǎo)電膜；采用曲線控制蒸發(fā)過程使工藝和性能的重現(xiàn)性達(dá)到或接近100％；采用多舟并聯(lián)擇優(yōu)分布法以獲得大面積均勻的優(yōu)質(zhì)ITO膜。
文檔編號(hào)H01B5/14GK87107654SQ87107654
公開日1988年10月12日 申請(qǐng)日期1987年12月31日
發(fā)明者彭傳才, 金昭廷 申請(qǐng)人:國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan