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ITO靶材应用及发展前景
发布时间:2020-10-21 点击量:157

氧化铟锡(ITO)晶体结构

    氧化铟锡(ITO)是通过用锡掺杂In2O3而形成的n型半导体,晶体结构是In2O3结构,其中In2O3结构具有两种形态,一种是立方铁锰矿结构,另一种是六方刚玉结构。立方铁锰矿结构是常见的In2O3结构,如图1所示。当将氧化锡掺杂到氧化铟中以形成氧化铟锡固溶体时,一种高度简并的n型半导体得以产生,其中一定数量的In3+位置被Sn4+取代了,导致ITO晶格中出现大量点缺陷,同时产生大量自由电子,点缺陷和自由电子可充当电场下的载流子,因此表现出了优异的导电性能。

ITO 体心立方铁锰矿结构

ITO靶材特点

    ITO靶材是一种铟锡氧化物特殊功能陶瓷材料,它是金属铟经过深加工的高科技产品,主要用于生产ITO薄膜。作为n型半导体陶瓷膜,ITO薄膜具有良好的导电性;硬度高,耐磨、化学蚀刻性好;可见光透过率高;超过85%的紫外线吸收率,高于80%的红外线的反射率;并且具有微波衰减率大于85%的特性。

 

 

ITO薄膜工艺

    ITO在各种领域中的应用,均围绕其透明和导电的优异特性。ITO薄膜的光学性质主要受两方面的因素影响:光学禁带宽度和等离子振荡频率。前者决定光谱吸收范围,后者决定光谱反射范围和强度。一般情况下,ITO在短波区吸收率较高,在长波长范围反射率较高,可见光范围透射率较高。以100nm ITO为例,400-900nm波长范围平均透射率高达92.8%。

ITO薄膜的性能主要由制备工艺决定,热处理常作为辅助优化的手段。为获得导电性好,透射率高以及表面形貌平整的ITO薄膜,需选择合适的沉积手段和优化工艺参数。常见的镀膜方式包括电子束蒸发和磁控溅射。

电子束蒸发的主要原理:高真空环境下,通过电子枪发出的高能电子,在电场和磁场作用下,电子轰击ITO靶材表面使动能转化为热能,靶材升温,变成熔融状态或者直接蒸发出去,在衬底表面沉积成ITO薄膜。

 

电子束蒸发镀膜原理

    磁控溅射属于辉光放电范畴,利用阴极溅射原理进行镀膜。膜层粒子来源于辉光放电中,氩离子对阴极ITO靶材产生的阴极溅射作用。氩离子将靶材原子溅射下来后,沉积到衬底表面形成所需ITO膜层。

 

 磁控溅射原理图

ITO应用

    ITO下游产业主要是平板显示产业中的导电玻璃技术,即在钠钙基或硅硼基基片玻璃的基础上,镀上一层氧化铟锡膜加工制作成的。在平板显示产业中应用在触摸屏和液晶面板领域。触摸屏领域应用的是TP-ITO导电玻璃,而液晶面板领域应用的是LCD-ITO导电玻璃,两者的主要区别在LCD-ITO导电玻璃还会在镀ITO层之前,镀上一层二氧化硅阻挡层,以阻止基片玻璃上的钠离子向盒内液晶里扩散。

 

液晶显示器:

    液晶显示器主要使用ITO导电玻璃。

    液晶显示器之所以能显示特定的图形,主要是将导电玻璃上的透明电极蚀刻制成特定形状的电极,在这些电极上加适当电压信号后,使具有偶极矩的液晶分子在电场作用下特定的方面排列,进而显示出与电极波长相对应的图形。目前液晶显示器的透明电极以ITO的透光率和导电性能较好而且容易在酸液中蚀刻出微细图形。

触摸屏:

    无论是电阻式触摸屏还是电容式触摸屏,工作面都是基于ITO涂层。

    电阻式触摸屏,当表面被触摸时向下弯曲,并使得下面隔开的两层ITO涂层能够相互接触并在该点连通电路,电阻发生变化,在X和Y两个方向上产生信号,然后送触摸屏控制器。

    表面电容触摸屏只采用单层的ITO,当手指触摸屏表面时,就会有一定量的电荷转移到人体。为了恢复这些电荷损失,电荷从屏幕的四角补充进来,各方向补充的电荷量和触摸点的距离成比例,由此推算出触摸点的位置。

    有IPHONE引领的投射电容触摸屏采用多层ITO层,形成矩阵式分布,以X轴、Y轴交叉分布做为电容矩阵,当手指触碰屏幕时,可通过X、Y轴的扫描,检测到触碰位置电容的变化,进而计算出手指之所在。基于此种架构,投射电容可以做到多点触控操作。

 

 

    另外IIO薄膜在幕墙玻璃、太阳能电池、航空航天飞机、汽车上的防雾玻璃、微波屏蔽和防护镜、传感器等众多领域得以广泛应用。

ITO发展现状

    长期以来,ITO靶材的核心技术都被三井、东曹、日立、住友、JX、三星康宁、优美科等大企业把持,他们所采用的常压烧结技术已经较为成熟。

    我国是全球ITO靶材最大需求国,需求量占全球25%。作为显示面板的重要原料,尽管ITO靶材已经进入红海市场,但国产化率并不高,在2019年之前,约90%的ITO靶材需要依靠进口。

    国内虽然有20多家靶材企业,但进展并不顺利,普遍没能做到批量供应。直到2017年,国产ITO靶材产品和技术水平大幅提升,逐渐追上国际领先水平,国内代表性企业有先导集团、映日科技、晶联光电、欧莱靶材。

    随着OLED取代LCD成为显示技术的主流,ITO靶材市场需求或将不再高速增长,转为平稳发展趋势。

    另一方面,ITO靶材市场的价格战已经持续良久,尽管现阶段市场有涨价趋势,但国内布局ITO靶材业务的企业不在少数,市场竞争压力也将日趋激烈。

 

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