【摘要】ITO薄膜的製作是彩色虎光片生產中非常重要的一道工序，本文著重介紹了薄膜的製作工藝有磁控濺射、化學氣相沉積、真空反應蒸發、溶膠一凝膠法、微波ECR等離子體反應蒸發沉積、脈衝雷射沉積、噴射熱分解等幾種方法。其中磁控濺射工藝具有沉積速率高均勻性好等優點而成為一種廣泛應用的成膜方法。對磁控濺射的原理、磁控濺射具有的特點進行了較為詳細的敘述。
【關鍵詞】ITO薄膜;透明導電氧化物薄膜;磁控濺射
引言
在平面面板顯示器的發展過程中，銦錫氧化物透明導電薄膜是顯示器面板製程中非常重要的技術項目，其薄膜的物理特性將深深地影響到最終產品顯示器的畫質及其價位。
銦錫氧化物透明導電薄膜的主要功能是在於其極佳的電極材料而應用於平面面板顯示器，具有發熱、熱反射、電磁波防止和靜電防止等不同的用途。
多種工藝可以用來製備透明導電薄膜，如磁控濺射真空反應蒸發、化學氣相沉積、溶膠一凝膠法以及脈衝雷射沉積等。其中磁控濺射工藝具有沉積速率高均勻性好等優點而成為一種廣泛應用的成膜方法。
1.ITO膜的製作方式及優缺點分析
薄膜的性質是由製作工藝決定的，改進位備工藝的努力方向是使製成的薄膜電阻率低、透射率高且表面形貌好，薄膜生長溫度接近室溫，與基板附著性好，能大面積均勻制膜且制膜成本低。各種方法各有優缺點，常用的製備工藝有直流或射頻磁控濺射、化學氣相沉積、真空反應蒸發、脈衝雷射沉積等，其中磁控濺射沉積技術具有成膜速率高、均勻性好等優點而得到廣泛的研究和應用。
1.1 磁控濺射
該法的基本原理是在電場和磁場的作用下，被加速的高能粒子（A，+）轟擊靶材表面，能量交換後，靶材表面的原子脫離原晶格而逸出，濺射粒子沉積到基體表面與氧原子發生反應而生成氧化物薄膜。磁控濺射工藝特點是薄膜在低溫下沉積能獲得優良的光學和電學性能。另外，還具有沉積速率高、基片溫度低、成膜粘附性好、易控制、能實現大面積制膜的優點，因而成為當今工業化生產中研究最多、最成熟、應用最廣的一項成膜技術，也是ITO薄膜製備技術的研究熱點。
在薄膜的製備過程中，靶材中摻雜比例、濺射總壓氧分壓及襯底溫度是影響薄膜特性的主要因素。
1.2 化學氣相沉積
化學氣相沉積法是氣態反應物（包括易蒸發的凝聚態物質蒸發後變成的氣態的反應物）在襯底表面發生化學反應而沉積成膜的工藝。襯底表面上發生的這種化學反應通常為源材料的熱分解和原位氧化，CVD法所選用的反應體系必須滿足：
（1）在沉積溫度下，反應物必須有足夠高的蒸氣壓;
（2）化學反應產物除了沉積到襯底上的固態物質外，其餘必須為氣態;
（3）沉積物的蒸氣壓應該足夠低，以保證較好地吸附在具有一定溫度的襯底上。
對於ITO薄膜的製備，如果在CVD法中採用錮、錫有機金屬化合物作為源材料，則稱為金屬有機物化學氣相沉積法（MOCVD），以乙酞丙酮錮和四甲基錫為源材料，通過化學氣相沉積後熱分解和原位氧化製取ITO薄膜，MOCVD法可製備出低電阻率、高可見光透射率的ITO薄膜，但由於需要預先製備高蒸發速率的反應前驅物，因此成本較高。
1.3 真空反應蒸發
真空反應蒸發法是在真空室中，使蒸發容器中待形成薄膜的原材料從表面氣化逸出，形成蒸氣流，入射到襯底表面與氣體反應生成薄膜的方法。採用電子束蒸發沉積法可以製備出優質ITO薄膜，其中蒸發物質為摻有SnO2的In203，SnO2的質量百分含量10%在合適的工藝條件下沉積的薄膜最小電阻率為4X10-4Ω.cm，可見光範圍內平均透過率高於90%。
1.4 脈衝雷射沉積
脈衝雷射沉積（{PLD）工藝是近年發展起來的真空物理沉積工藝，是一種很有競爭力的新工藝。與其它工藝相比，具有可精確控制化學計量、合成與沉積同時完成、對靶的形狀與表面質量無要求的優點，所以可對固體材料進行表面加工而不影響材料本體.
2.磁控濺射原理
濺射技術的最新成就之一是磁控濺射，由於在磁控濺射中引入了正交電磁場，使離化率提高到5-6%，於是濺射速率可提高10倍左右。
2.1 Sputter濺射定義
在一相對穩定真空狀態下，陰陽極間產生輝光放電，極間氣體分子被離子化而產生帶電電荷，其中正離子受陰極之負電位加速運動而撞擊陰極上之靶材，將其原子等粒子濺出，此濺出之原子則沉積於陽極之基板上而形成薄膜，此物理現象即稱濺鍍。
2.2 Sputter濺鍍物理原理
磁控濺射的工作原理如下圖所示;電子在電場E作用下，在飛向基板過程中與氬原子發生碰撞，使其電離出Ar+和一個新的電子，電子飛向基片，Ar+在電場作用下加速飛向陰極靶，並以高能量轟擊靶表面，使靶材發生濺射。在濺射粒子中，中性的靶原子或分子則澱積在基片上形成薄膜。二次電子el一旦離開靶面，就同時受到電場和磁場的作用。為了便於說明電子的運動情況，可以近似認為：二次電子在陰極暗區時，只受電場作用;一旦進入負輝區就只受磁場作用。於是，從靶面發出的二次電子，首先在陰極暗區受到電場加速，飛向負輝區。進入負輝區的電子具有一定速度，並且是垂直於磁力線運動的。在這種情況下，電子由於受到磁場B洛侖茲力的作用，而繞磁力線旋轉。電子旋轉半圈之後，重新進入陰極暗區，受到電場減速。當電子接近靶面時，速度即可降到零。以後，電子又在電場的作用下，再次飛離靶面，開始一個新的運動周期。電子就這樣周而復始，跳躍式地朝著E（電場）×B（磁場）所指的方向漂移（見下圖）。簡稱E×B漂移。
電子在正交電磁場作用下的運動軌跡近似於一條擺線。若為環形磁場，則電子就以近似擺線形式在靶表面作圓周運動。二次電子在環狀磁場的控制下，運動路徑不僅很長，而且被束縛在靠近靶表面的等離子體區域內，在該區中電離出大量的Ar+離子用來轟擊靶材，從而實現了磁控濺射澱積速率高的特點。隨著碰撞次數的增加，電子e1的能量消耗殆盡，逐步遠離靶面。並在電場E的作用下最終沉積在基片上。由於該電子的能量很低，傳給基片的能量很小，致使基片溫升較低。另外，對於e2類電子來說，由於磁極軸線處的電場與磁場平行，電子e2將直接飛向基片，但是在磁極軸線處離子密度很低，所以e2電子很少，對基片溫升作用極微。
綜上所述，磁控濺射的基本原理，就是以磁場來改變電子的運動方向，並束縛和延長電子的運動軌跡，從而提高了電子對工作氣體的電離機率和有效地利用了電子的能量。因此，使正離子對靶材轟擊所引起的靶材濺射更加有效。同時，受正交電磁場束縛的電子，又只能在其能量要耗盡時才沉積在基片上。這就是磁控濺射具有「低溫」，「高速」兩大特點的道理。
3.結語
較為全面系統地介紹了磁控濺射的基本原理，通常是在靶陰極內側裝永久磁鐵，並使磁場方向垂直於電場方向，以便用磁場約束帶電粒子的運動，這一方面提高了靶材的濺射效率，另一方面也抑制了到達襯底的電子所引起的溫升，所以磁控濺射具有「低溫」、「高速」兩大特點。
磁控濺射技術由於其顯著的優點成為工業鍍膜主要技術之一。非平衡磁的濺射改善了等離子體區的分布，同時沉積過程中的離子轟擊作用提高了薄膜的質量;多靶閉合式非平衡磁控濺射大大提高薄膜的沉積速率。中頻濺射和脈衝濺射的發展有效避免反應濺射過程中的靶中毒和打弧現象，穩定鍍膜過程，減少薄膜結構缺陷，提高了化合物薄膜的沉積速率。不斷改進的靶源設計，提高鍍膜過程穩定性的同時還提高了靶材的利用率，降低了鍍膜成本。新的高速濺射和自濺射技術為濺射鍍膜開闢了新的應用領域。
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尹翠芳（1987—），女，南京中電熊貓液晶材料科技有限公司工程師，主要從事產品的技術管理和質量管理工作。
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