氧化銦錫（ITO）晶體結(jié)構(gòu)

 

    氧化銦錫（ITO）是通過(guò)用錫摻雜In₂O₃而形成的n型半導(dǎo)體，晶體結(jié)構(gòu)是In₂O₃結(jié)構(gòu)，其中In₂O₃結(jié)構(gòu)具有兩種形態(tài)，一種是立方鐵錳礦結(jié)構(gòu)，另一種是六方剛玉結(jié)構(gòu)。立方鐵錳礦結(jié)構(gòu)是最常見(jiàn)的In₂O₃結(jié)構(gòu)，如圖1所示。當(dāng)將氧化錫摻雜到氧化銦中以形成氧化銦錫固溶體時(shí)，一種高度簡(jiǎn)并的n型半導(dǎo)體得以產(chǎn)生，其中一定數(shù)量的In³⁺位置被Sn⁴⁺取代了，導(dǎo)致ITO晶格中出現(xiàn)大量點(diǎn)缺陷，同時(shí)產(chǎn)生大量自由電子，點(diǎn)缺陷和自由電子可充當(dāng)電場(chǎng)下的載流子，因此表現(xiàn)出了優(yōu)異的導(dǎo)電性能。

ITO 體心立方鐵錳礦結(jié)構(gòu)

 

ITO靶材特點(diǎn)

 

    ITO靶材是一種銦錫氧化物特殊功能陶瓷材料，它是金屬銦經(jīng)過(guò)深加工的高科技產(chǎn)品，主要用于生產(chǎn)ITO薄膜。作為n型半導(dǎo)體陶瓷膜，ITO薄膜具有良好的導(dǎo)電性；硬度高，耐磨、化學(xué)蝕刻性好；可見(jiàn)光透過(guò)率高；超過(guò)85%的紫外線吸收率，高于80%的紅外線的反射率；并且具有微波衰減率大于85%的特性。

 

 

 

ITO薄膜工藝

 

    ITO在各種領(lǐng)域中的應(yīng)用，均圍繞其透明和導(dǎo)電的優(yōu)異特性。ITO薄膜的光學(xué)性質(zhì)主要受兩方面的因素影響：光學(xué)禁帶寬度和等離子振蕩頻率。前者決定光譜吸收范圍，后者決定光譜反射范圍和強(qiáng)度。一般情況下，ITO在短波區(qū)吸收率較高，在長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍反射率較高，可見(jiàn)光范圍透射率最高。以100nm ITO為例，400－900nm波長(zhǎng)范圍平均透射率高達(dá)92.8％。

 

    ITO薄膜的性能主要由制備工藝決定，熱處理常作為輔助優(yōu)化的手段。為獲得導(dǎo)電性好，透射率高以及表面形貌平整的ITO薄膜，需選擇合適的沉積手段和優(yōu)化工藝參數(shù)。常見(jiàn)的鍍膜方式包括電子束蒸發(fā)和磁控濺射。

 

    電子束蒸發(fā)的主要原理：高真空環(huán)境下，通過(guò)電子槍發(fā)出的高能電子，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用下，電子轟擊ITO靶材表面使動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，靶材升溫，變成熔融狀態(tài)或者直接蒸發(fā)出去，在襯底表面沉積成ITO薄膜。

 

電子束蒸發(fā)鍍膜原理

 

    磁控濺射屬于輝光放電范疇，利用陰極濺射原理進(jìn)行鍍膜。膜層粒子來(lái)源于輝光放電中，氬離子對(duì)陰極ITO靶材產(chǎn)生的陰極濺射作用。氬離子將靶材原子濺射下來(lái)后，沉積到襯底表面形成所需ITO膜層。

 

磁控濺射原理圖

 

ITO應(yīng)用

 

    ITO下游產(chǎn)業(yè)主要是平板顯示產(chǎn)業(yè)中的導(dǎo)電玻璃技術(shù)，即在鈉鈣基或硅硼基基片玻璃的基礎(chǔ)上，鍍上一層氧化銦錫膜加工制作成的。在平板顯示產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用在觸摸屏和液晶面板領(lǐng)域。觸摸屏領(lǐng)域應(yīng)用的是TP－ITO導(dǎo)電玻璃，而液晶面板領(lǐng)域應(yīng)用的是LCD－ITO導(dǎo)電玻璃，兩者的主要區(qū)別在LCD－ITO導(dǎo)電玻璃還會(huì)在鍍ITO層之前，鍍上一層二氧化硅阻擋層，以阻止基片玻璃上的鈉離子向盒內(nèi)液晶里擴(kuò)散。

 

 

液晶顯示器：

 

    液晶顯示器主要使用ITO導(dǎo)電玻璃。

 

    液晶顯示器之所以能顯示特定的圖形，主要是將導(dǎo)電玻璃上的透明電極蝕刻制成特定形狀的電極，在這些電極上加適當(dāng)電壓信號(hào)后，使具有偶極矩的液晶分子在電場(chǎng)作用下特定的方面排列，進(jìn)而顯示出與電極波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的圖形。目前液晶顯示器的透明電極以ITO的透光率和導(dǎo)電性能最好，而且容易在酸液中蝕刻出微細(xì)圖形。

 

觸摸屏：

 

    無(wú)論是電阻式觸摸屏還是電容式觸摸屏，工作面都是基于ITO涂層。

 

    電阻式觸摸屏，當(dāng)表面被觸摸時(shí)向下彎曲，并使得下面隔開(kāi)的兩層ITO涂層能夠相互接觸并在該點(diǎn)連通電路，電阻發(fā)生變化，在X和Y兩個(gè)方向上產(chǎn)生信號(hào)，然后送觸摸屏控制器。

 

    表面電容觸摸屏只采用單層的ITO，當(dāng)手指觸摸屏表面時(shí)，就會(huì)有一定量的電荷轉(zhuǎn)移到人體。為了恢復(fù)這些電荷損失，電荷從屏幕的四角補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，各方向補(bǔ)充的電荷量和觸摸點(diǎn)的距離成比例，由此推算出觸摸點(diǎn)的位置。

 

    有IPHONE引領(lǐng)的投射電容觸摸屏采用多層ITO層，形成矩陣式分布，以X軸、Y軸交叉分布做為電容矩陣，當(dāng)手指觸碰屏幕時(shí)，可通過(guò)X、Y軸的掃描，檢測(cè)到觸碰位置電容的變化，進(jìn)而計(jì)算出手指之所在?；诖朔N架構(gòu)，投射電容可以做到多點(diǎn)觸控操作。

 

 

    另外IIO薄膜在幕墻玻璃、太陽(yáng)能電池、航空航天飛機(jī)、汽車上的防霧玻璃、微波屏蔽和防護(hù)鏡、傳感器等眾多領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。

 

ITO發(fā)展現(xiàn)狀

 

    長(zhǎng)期以來(lái)，ITO靶材的核心技術(shù)都被三井、東曹、日立、住友、JX、三星康寧、優(yōu)美科等大企業(yè)把持，他們所采用的常壓燒結(jié)技術(shù)已經(jīng)較為成熟。

 

    我國(guó)是全球ITO靶材最大需求國(guó)，需求量占全球25%。作為顯示面板的重要原料，盡管ITO靶材已經(jīng)進(jìn)入紅海市場(chǎng)，但國(guó)產(chǎn)化率并不高，在2019年之前，約90%的ITO靶材需要依靠進(jìn)口。

 

    國(guó)內(nèi)雖然有20多家靶材企業(yè)，但進(jìn)展并不順利，普遍沒(méi)能做到批量供應(yīng)。直到2017年，國(guó)產(chǎn)ITO靶材產(chǎn)品和技術(shù)水平大幅提升，逐漸追上國(guó)際領(lǐng)先水平，國(guó)內(nèi)代表性企業(yè)有先導(dǎo)集團(tuán)、映日科技、晶聯(lián)光電、歐萊靶材。

 

    隨著OLED取代LCD成為顯示技術(shù)的主流，ITO靶材市場(chǎng)需求或?qū)⒉辉俑咚僭鲩L(zhǎng)，轉(zhuǎn)為平穩(wěn)發(fā)展趨勢(shì)。

 

    另一方面，ITO靶材市場(chǎng)的價(jià)格戰(zhàn)已經(jīng)持續(xù)良久，盡管現(xiàn)階段市場(chǎng)有漲價(jià)趨勢(shì)，但國(guó)內(nèi)布局ITO靶材業(yè)務(wù)的企業(yè)不在少數(shù)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力也將日趨激烈。