一、 前言
真正进行透明导电薄膜材料的研究工作还是19世纪末，当时是在光电导的材料上获得很薄的金属薄膜。经历一段很长时间后的第二次世界大战期间，关于透明导电材料的研究才进入一个新的时期，于是开发了由宽禁带的n型简并半导体SnO2材料，主要应用于飞机的除冰窗户玻璃。在1950年，第二种透明半导体氧化物In
2O
3首次被制成，特别是在In
2O
3里掺入锡以后，使这种材料在透明导电薄膜方面得到了普遍的应用，并具有广阔的应用前景。
掺锡氧化铟（即Indium Tin Oxide, 简称ITO）材料是一种n型半导体材料，由于具有高的导电率、高的可见光透过率、高的机械硬度和化学稳定性，因此它是液晶显示器（LCD）、等离子显示器（PDP）、电致发光显示器（ EL/OLED）、
触摸屏（Touch Panel）、太阳能电池以及其它电子仪表的透明电极最常用的材料。
二、 ITO薄膜的基本性能
1、ITO薄膜的基本性能
如图1所示ITO（In
2O
3:SnO
2=9:1）的微观结构，In
2O
3里掺入Sn后，Sn元素可以代替In
2O
3晶格中的In元素而以SnO
2的形式存在，因为In
2O
3中的In元素是三价，形成SnO
2时将贡献一个电子到导带上，同时在一定的缺氧状态下产生氧空穴，形成10
20至10
21cm
-3的载流子浓度和10至30cm
2/vs的迁移率。这个机理提供了在10-4Ω.cm数量级的低薄膜电阻率，所以ITO薄膜具有半导体的导电性能。
ITO是一种宽能带薄膜材料，其带隙为3.5-4.3ev。紫外光区产生禁带的励起吸收阈值为3.75ev，相当于330nm的波长，因此紫外光区ITO薄膜的光穿透率极低。同时近红外区由于载流子的等离子体振动现象而产生反射，所以近红外区ITO薄膜的光透过率也是很低的，但可见光区ITO薄膜的透过率非常好，由图2可知。
由以上分析可以看出，由于材料本身特定的物理化学性能，ITO薄膜具有良好的导电性和可见光区较高的光透过率。
2、影响ITO薄膜导电性能的几个因素
ITO薄膜的面电阻（R□）、膜厚（d）和电阻率（ρ）三者之间是相互关联的，下面给出了这三者之间的计算公式。即
R□=ρ/ d （1）
由公式（1）可以看出，为了获得不同面电阻（R□）的ITO薄膜，实际上就是要获得不同的膜厚和电阻率。一般来讲，制备ITO薄膜时要得到不同的膜层厚度比较容易，可以通过调节薄膜沉积时的沉积速率和沉积的时间来制取所需要膜层的厚度，并通过相应的
工艺方法和手段能进行精确的膜层厚度和均匀性控制。
而ITO薄膜的电阻率（ρ）的大小则是ITO薄膜制备工艺的关键，电阻率（ρ）也是衡量ITO薄膜性能的一项重要指标。公式（2）给出了影响薄膜电阻率（ρ）的几种主要因素
ρ=m*/ne
2τ (2)
式（2）中，n、τ分别表示载流子浓度和载流子迁移率。当n、τ越大，薄膜的电阻率（ρ）就越小，反之亦然。而载流子浓度（n）与ITO薄膜材料的组成有关，即组成ITO薄膜本身的锡含量和氧含量有关，为了得到较高的载流子浓度（n）可以通过调节ITO沉积材料的锡含量和氧含量来实现;而载流子迁移率（τ）则与ITO薄膜的结晶状态、晶体结构和薄膜的缺陷密度有关， 为了得到较高的载流子迁移率（τ）可以合理的调节薄膜沉积时的沉积温度、溅射电压和成膜的条件等因素。
所以从ITO薄膜的制备工艺上来讲，ITO薄膜的电阻率不仅与ITO薄膜材料的组成(包括锡含量和氧含量)有关，同时与制备ITO薄膜时的工艺条件（包括沉积时的基片温度、溅射电压等）有关。有大量的科技文献和实验分析了ITO薄膜的电阻率与ITO材料中的Sn、O
2元素的含量，以及ITO薄膜制备时的基片温度等工艺条件之间的关系，因此本文中不再熬述。
下面介绍通过低溅射电压制备ITO薄膜的工艺和方法。
三、 低电压溅射制 备ITO薄膜
由于ITO薄膜本身含有氧元素，磁控溅射制备ITO薄膜的过程中，会产生大量的氧负离子,氧负离子在电场的作用下以一定的粒子能量会轰击到所沉积的ITO薄膜表面，使ITO薄膜的结晶结构和晶体状态造成结构缺陷。溅射的电压越大，氧负离子轰击膜层表面的能量也越大，那么造成这种结构缺陷的几率就越大，产生晶体结构缺陷也越严重，从而导致了ITO薄膜的电阻率上升，图3是磁控溅射的电压与ITO薄膜电阻率的关系曲线。一般情况下，磁控溅射沉积ITO薄膜时的溅射电压在-400V左右，如果使用一定的工艺方法将溅射电压降到-200V以下，那么所沉积的ITO薄膜电阻率将降低50%以上（如图3所示），这样不仅提高了ITO薄膜的产品质量，同时也降低了产品的生产成本。根据豪威公司的实际工艺研究和应用的情况，下面介绍两种在直流磁控溅射制备ITO薄膜时，降低薄膜溅射电压的有效途径。
1、磁场强度对溅射电压的影响
如图4是磁控溅射制作ITO薄膜时，磁场对溅射电压影响的实验曲线。当磁场强度为300G时，溅射电压约为-350v；但当磁场强度升高到1000G时，溅射电压下降至-250v左右（如图4）。一般情况下，磁场强度越高、溅射电压越低，但磁场强度为1000G以上时，磁场强度对溅射电压的影响就不明显了。
因此为了降低ITO薄膜的溅射电压，可以通过合理的增强溅射阴极的磁场强度来实现。
2、RF+DC电源使用对溅射电压的影响
为了有效的降低磁控溅射的电压，以达到降低ITO薄膜电阻率的目的，豪威公司还进行了以下的工艺实验。即采用了一套特殊的溅射阴极结构和溅射直流电源，同时将一套3KW的射频电源合理的匹配叠装在一套6KW的直流电源上，在不同的直流溅射功率和射频功率下进行降低ITO薄膜溅射电压的工艺研究。
当磁场强度为1000G，直流电源的功率为1200W时，通过改变射频电源的功率，经大量的工艺实验得出了如图5的实验曲线。当射频功率为600W时，ITO靶的溅射电压可以降到-110V。因此，RF+DC新型电源的应用和特殊溅射阴极结构的设计也能有效的降低ITO薄膜的溅射电压，从而达到降低薄膜电阻率的目的。
四、降低ITO薄膜电阻率的新沉积方法-HDAP法
这种沉积ITO薄膜方法的工作原理是利用高密度的电弧等离子体（HDAP）放电轰击ITO靶材，使ITO材料蒸发，沉积到基体材料上形成ITO薄膜。由于高能量电弧离子的作用导致ITO粒子中的In、Sn达到完全离化，从而增强沉积时的反应活性，达到减少晶体结构缺陷，降低电阻率的目的。如图6是HDAP法的工作原理图。
豪威公司利用同样成分的ITO材料，其它工艺条件保持一样，并在同样的基片温度下，分别进行DC磁控溅射、DC+RF磁控溅射、HDAP法制备ITO薄膜的实验，得出如图7三种制备方法的对比工艺曲线。由实验结果可以看出，利用HDAP法能获得电阻率较低的ITO薄膜，尤其是在基片温度不能太高的材料上制备ITO薄膜时，使用HDAP法制备ITO薄膜可以得到较理想的ITO薄膜。基片温度到350℃左右时，上述三种沉积方法对ITO薄膜电阻率的影响较小。
通过扫描电镜对磁控溅射和HDAP法制备的ITO薄膜进行了微观分析。如图8所示，图8（A）、（B）分别是磁控溅射和HDAP法制备的ITO薄膜的表面形貌图，很明显HDAP法制备的ITO薄膜表面平坦、均匀。
 500nm |
 500nm |
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(A) |
(B) |
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图8 ITO薄膜的表面形貌图 |
HDAP法制备ITO薄膜主要是针对基体材料不能加热，同时又要求ITO薄膜的电阻率较低的制成比较适用。
五、 ITO薄膜的主要应用和国内制成设备的发展
1、ITO薄膜的主要应用
随着显示器件行业的飞速发展，对ITO薄膜的产品性能特性提出了新的要求。同时ITO薄膜制备技术的深入发展，使显示器件的需要变成可能。表1给出了不同性能的ITO薄膜在不同显示器件中的应用。
