【摘要】ITO薄膜的制作是彩色虎光片生产中非常重要的一道工序，本文着重介绍了薄膜的制作工艺有磁控溅射、化学气相沉积、真空反应蒸发、溶胶一凝胶法、微波ECR等离子体反应蒸发沉积、脉冲激光沉积、喷射热分解等几种方法。其中磁控溅射工艺具有沉积速率高均匀性好等优点而成为一种广泛应用的成膜方法。对磁控溅射的原理、磁控溅射具有的特点进行了较为详细的叙述。
【关键词】ITO薄膜;透明导电氧化物薄膜;磁控溅射
引言
在平面面板显示器的发展过程中，铟锡氧化物透明导电薄膜是显示器面板制程中非常重要的技术项目，其薄膜的物理特性将深深地影响到最终产品显示器的画质及其价位。
铟锡氧化物透明导电薄膜的主要功能是在于其极佳的电极材料而应用于平面面板显示器，具有发热、热反射、电磁波防止和静电防止等不同的用途。
多种工艺可以用来制备透明导电薄膜，如磁控溅射真空反应蒸发、化学气相沉积、溶胶一凝胶法以及脉冲激光沉积等。其中磁控溅射工艺具有沉积速率高均匀性好等优点而成为一种广泛应用的成膜方法。
1.ITO膜的制作方式及优缺点分析
薄膜的性质是由制作工艺决定的，改进制备工艺的努力方向是使制成的薄膜电阻率低、透射率高且表面形貌好，薄膜生长温度接近室温，与基板附着性好，能大面积均匀制膜且制膜成本低。各种方法各有优缺点，常用的制备工艺有直流或射频磁控溅射、化学气相沉积、真空反应蒸发、脉冲激光沉积等，其中磁控溅射沉积技术具有成膜速率高、均匀性好等优点而得到广泛的研究和应用。
1.1 磁控溅射
该法的基本原理是在电场和磁场的作用下，被加速的高能粒子（A，+）轰击靶材表面，能量交换后，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，溅射粒子沉积到基体表面与氧原子发生反应而生成氧化物薄膜。磁控溅射工艺特点是薄膜在低温下沉积能获得优良的光学和电学性能。另外，还具有沉积速率高、基片温度低、成膜粘附性好、易控制、能实现大面积制膜的优点，因而成为当今工业化生产中研究最多、最成熟、应用最广的一项成膜技术，也是ITO薄膜制备技术的研究热点。
在薄膜的制备过程中，靶材中掺杂比例、溅射总压氧分压及衬底温度是影响薄膜特性的主要因素。
1.2 化学气相沉积
化学气相沉积法是气态反应物（包括易蒸发的凝聚态物质蒸发后变成的气态的反应物）在衬底表面发生化学反应而沉积成膜的工艺。衬底表面上发生的这种化学反应通常为源材料的热分解和原位氧化，CVD法所选用的反应体系必须满足：
（1）在沉积温度下，反应物必须有足够高的蒸气压;
（2）化学反应产物除了沉积到衬底上的固态物质外，其余必须为气态;
（3）沉积物的蒸气压应该足够低，以保证较好地吸附在具有一定温度的衬底上。
对于ITO薄膜的制备，如果在CVD法中采用锢、锡有机金属化合物作为源材料，则称为金属有机物化学气相沉积法（MOCVD），以乙酞丙酮锢和四甲基锡为源材料，通过化学气相沉积后热分解和原位氧化制取ITO薄膜，MOCVD法可制备出低电阻率、高可见光透射率的ITO薄膜，但由于需要预先制备高蒸发速率的反应前驱物，因此成本较高。
1.3 真空反应蒸发
真空反应蒸发法是在真空室中，使蒸发容器中待形成薄膜的原材料从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到衬底表面与气体反应生成薄膜的方法。采用电子束蒸发沉积法可以制备出优质ITO薄膜，其中蒸发物质为掺有SnO2的In203，SnO2的质量百分含量10%在合适的工艺条件下沉积的薄膜最小电阻率为4X10-4Ω.cm，可见光范围内平均透过率高于90%。
1.4 脉冲激光沉积
脉冲激光沉积（{PLD）工艺是近年发展起来的真空物理沉积工艺，是一种很有竞争力的新工艺。与其它工艺相比，具有可精确控制化学计量、合成与沉积同时完成、对靶的形状与表面质量无要求的优点，所以可对固体材料进行表面加工而不影响材料本体.
2.磁控溅射原理
溅射技术的最新成就之一是磁控溅射，由于在磁控溅射中引入了正交电磁场，使离化率提高到5-6%，于是溅射速率可提高10倍左右。
2.1 Sputter溅射定义
在一相对稳定真空状态下，阴阳极间产生辉光放电，极间气体分子被离子化而产生带电电荷，其中正离子受阴极之负电位加速运动而撞击阴极上之靶材，将其原子等粒子溅出，此溅出之原子则沉积于阳极之基板上而形成薄膜，此物理现象即称溅镀。
2.2 Sputter溅镀物理原理
磁控溅射的工作原理如下图所示;电子在电场E作用下，在飞向基板过程中与氩原子发生碰撞，使其电离出Ar+和一个新的电子，电子飞向基片，Ar+在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子则淀积在基片上形成薄膜。二次电子el一旦离开靶面，就同时受到电场和磁场的作用。为了便于说明电子的运动情况，可以近似认为：二次电子在阴极暗区时，只受电场作用;一旦进入负辉区就只受磁场作用。于是，从靶面发出的二次电子，首先在阴极暗区受到电场加速，飞向负辉区。进入负辉区的电子具有一定速度，并且是垂直于磁力线运动的。在这种情况下，电子由于受到磁场B洛仑兹力的作用，而绕磁力线旋转。电子旋转半圈之后，重新进入阴极暗区，受到电场减速。当电子接近靶面时，速度即可降到零。以后，电子又在电场的作用下，再次飞离靶面，开始一个新的运动周期。电子就这样周而复始，跳跃式地朝着E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移（见下图）。简称E×B漂移。
电子在正交电磁场作用下的运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面作圆周运动。二次电子在环状磁场的控制下，运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，在该区中电离出大量的Ar+离子用来轰击靶材，从而实现了磁控溅射淀积速率高的特点。随着碰撞次数的增加，电子e1的能量消耗殆尽，逐步远离靶面。并在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传给基片的能量很小，致使基片温升较低。另外，对于e2类电子来说，由于磁极轴线处的电场与磁场平行，电子e2将直接飞向基片，但是在磁极轴线处离子密度很低，所以e2电子很少，对基片温升作用极微。
综上所述，磁控溅射的基本原理，就是以磁场来改变电子的运动方向，并束缚和延长电子的运动轨迹，从而提高了电子对工作气体的电离几率和有效地利用了电子的能量。因此，使正离子对靶材轰击所引起的靶材溅射更加有效。同时，受正交电磁场束缚的电子，又只能在其能量要耗尽时才沉积在基片上。这就是磁控溅射具有“低温”，“高速”两大特点的道理。
3.结语
较为全面系统地介绍了磁控溅射的基本原理，通常是在靶阴极内侧装永久磁铁，并使磁场方向垂直于电场方向，以便用磁场约束带电粒子的运动，这一方面提高了靶材的溅射效率，另一方面也抑制了到达衬底的电子所引起的温升，所以磁控溅射具有“低温”、“高速”两大特点。
磁控溅射技术由于其显著的优点成为工业镀膜主要技术之一。非平衡磁的溅射改善了等离子体区的分布，同时沉积过程中的离子轰击作用提高了薄膜的质量;多靶闭合式非平衡磁控溅射大大提高薄膜的沉积速率。中频溅射和脉冲溅射的发展有效避免反应溅射过程中的靶中毒和打弧现象，稳定镀膜过程，减少薄膜结构缺陷，提高了化合物薄膜的沉积速率。不断改进的靶源设计，提高镀膜过程稳定性的同时还提高了靶材的利用率，降低了镀膜成本。新的高速溅射和自溅射技术为溅射镀膜开辟了新的应用领域。
参考文献
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尹翠芳（1987—），女，南京中电熊猫液晶材料科技有限公司工程师，主要从事产品的技术管理和质量管理工作。
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