邱阳等,mO薄膜的研究进展 上述公式将ITrO薄膜的光学性能及电学性能有机地联系起来。一方面,薄膜内载流子浓度越高 薄膜的等离子频率越高,其透过窗口越窄;另一方面,载流子浓度还决定着ITO薄膜在红外区可以 获得的最大反射率及薄膜的红外发射率。在多数应用中,ITO薄膜在可见光及近红外区的光学性能 受到更多关注。 (3)远红外区:在15μm<λ<30μm波段,mIO薄膜中出现声子吸收,其反射光谱中出现声子 吸收峰,是极性光学声子与横向电场之间耦合作用的结果 (4)微波区:在厘米波波段(65GHz~13GHz范围),IO薄膜表现出与红外区类似的强反射性 经验公式为0 Icrowave 照石 (19) 式中的R及Z0分别为ITO薄膜的方块电阻和自由空间阻抗,其中Z0约为377g 在实际应用中,各种高性能电子设备均要求IIO薄膜具有优异的综合光电性能,即在保证高透 过率的前提下具有尽可能低的方块电阻。作为n型半导体氧化物,IrO薄膜的导电性来源于施主杂 质提供的自由电子,提高IO薄膜电导率的两个途径分别为提高薄膜中的载流子浓度及载流子迁移 率。但过高的载流子浓度会造成离化杂质散射加剧,对载流子迁移率具有衰减作用。同时,较高的 载流子浓度还会使薄膜对可见光光子的吸收加剧,降低薄膜的可见光透过率。因此,当前国际上公 认的增强ITO薄膜电学性能的方法是提高其载流子迁移率 ITO薄膜的载流子迁移率受各种散射机制的制约,各类散射机制的作用严重依赖于薄膜的生长 成膜过程及显微结构特性。理论计算表明,ln2O3单晶在室温时载流子迁移率可高达160cm2-s。 因此,理论上ITO薄膜在对550m光波仅有5%左右吸收的情况下可具有低至44×10-9cm的电 阻率。而在实际产品中,由于薄膜沉积工艺过程中将不可避免地引入各类结构缺陷,因此实际IO 薄膜的电学性能尚远未达到理论计算的数量级 Suzuki等人利用脉冲激光沉积法( Pulsed Laser Deposition,,PLD)在300衬底上沉积出高质 量ITO薄膜,可见光透过率超过90%,电阻率低至72×10-59cm,载流子浓度高达25×1032cm 而Oha等人利用PLD法在600C钇稳定氧化锆( Yttria-Stabilized Zirconia,YSZ)单晶基片上外延 生长出具有超平整性及高度(400)择优取向的ITO薄膜,其电阻率低至77×10-3gcm,载流子浓 度高达19×1021cm3,霍尔迁移率为44cm2vs-(图10),均为目前文献报道的利用常规方法沉积 ITO薄膜获得的最好电学性能。 另外,Choi、Chen向、ilar向和Pham21等人也在各自的研究中加入了ITO薄膜光电性能 的内容,但他们获得的ITO薄膜可见光透过率均在85%~90%之间,薄膜电阻率大于2×10gcm, 载流子浓度1×1021cm3左右,载流子迁移率在20cmvs-~46cm2vs1之间,与实际生产中获 得的ITO薄膜相比,并未使光电性能获得可观的提升。可见,当前IO薄膜表现出的光学、电学性 能还远未达到理论计算水平,需进行更深入的研究工作 4To薄膜的力学性能 由于ITO薄膜本身具有相对优异的力学性能及化学稳定性,因此以往大量研究多集中在IO薄 312  邱 阳 等, ITO 薄膜的研究进展 第 37 卷   2 2 1 r 1/ 2 2 i 2 r  k     (18) 上述公式将 ITO 薄膜的光学性能及电学性能有机地联系起来。一方面，薄膜内载流子浓度越高， 薄膜的等离子频率越高，其透过窗口越窄；另一方面，载流子浓度还决定着 ITO 薄膜在红外区可以 获得的最大反射率及薄膜的红外发射率。在多数应用中，ITO 薄膜在可见光及近红外区的光学性能 受到更多关注。 (3) 远红外区：在 15 μm < λ < 30 μm 波段，ITO 薄膜中出现声子吸收，其反射光谱中出现声子 吸收峰，是极性光学声子与横向电场之间耦合作用的结果。 (4) 微波区：在厘米波波段 (6.5 GHz ~ 13 GHz 范围)，ITO 薄膜表现出与红外区类似的强反射性。 经验公式为[10]: 2 0 S Microwave 2 1            Z R R (19) 式中的 RS及 Z0 分别为 ITO 薄膜的方块电阻和自由空间阻抗，其中 Z0 约为 377 Ω。 在实际应用中，各种高性能电子设备均要求 ITO 薄膜具有优异的综合光电性能，即在保证高透 过率的前提下具有尽可能低的方块电阻。作为 n 型半导体氧化物，ITO 薄膜的导电性来源于施主杂 质提供的自由电子，提高 ITO 薄膜电导率的两个途径分别为提高薄膜中的载流子浓度及载流子迁移 率。但过高的载流子浓度会造成离化杂质散射加剧，对载流子迁移率具有衰减作用。同时，较高的 载流子浓度还会使薄膜对可见光光子的吸收加剧，降低薄膜的可见光透过率。因此，当前国际上公 认的增强 ITO 薄膜电学性能的方法是提高其载流子迁移率[47]。 ITO 薄膜的载流子迁移率受各种散射机制的制约，各类散射机制的作用严重依赖于薄膜的生长 成膜过程及显微结构特性。理论计算表明，In2O3单晶在室温时载流子迁移率可高达 160 cm2 V1 s 1 [48]。 因此，理论上 ITO 薄膜在对 550 nm 光波仅有 5% 左右吸收的情况下可具有低至 4.4  106 Ω·cm 的电 阻率。而在实际产品中，由于薄膜沉积工艺过程中将不可避免地引入各类结构缺陷，因此实际 ITO 薄膜的电学性能尚远未达到理论计算的数量级。 Suzuki 等人[25]利用脉冲激光沉积法 (Pulsed Laser Deposition, PLD) 在 300C 衬底上沉积出高质 量 ITO 薄膜，可见光透过率超过 90%，电阻率低至 7.2  105 Ω·cm，载流子浓度高达 2.5  1021 cm3 ； 而 Ohta 等人[24]利用 PLD 法在 600C 钇稳定氧化锆 (Yttria-Stabilized Zirconia, YSZ) 单晶基片上外延 生长出具有超平整性及高度 (400) 择优取向的 ITO 薄膜，其电阻率低至 7.7  105 Ω·cm，载流子浓 度高达 1.9 × 1021 cm3 ，霍尔迁移率为 44 cm2 V1 s 1 (图 10)，均为目前文献报道的利用常规方法沉积 ITO 薄膜获得的最好电学性能。 另外，Choi [3]、Chen [4]、Villar [6] 和 Pham [21] 等人也在各自的研究中加入了 ITO 薄膜光电性能 的内容，但他们获得的 ITO 薄膜可见光透过率均在 85% ~ 90% 之间，薄膜电阻率大于 2  104 Ω·cm， 载流子浓度 1 × 1021 cm3 左右，载流子迁移率在 20 cm2 V1 s 1 ~ 46 cm2 V1 s 1之间，与实际生产中获 得的 ITO 薄膜相比，并未使光电性能获得可观的提升。可见，当前 ITO 薄膜表现出的光学、电学性 能还远未达到理论计算水平，需进行更深入的研究工作。 4 ITO 薄膜的力学性能 由于 ITO 薄膜本身具有相对优异的力学性能及化学稳定性，因此以往大量研究多集中在 ITO 薄