电子束蒸发ITO薄膜结构、性能及球形基底薄膜制备

发布时间：2017-05-18 21:03

  本文关键词：电子束蒸发ITO薄膜结构、性能及球形基底薄膜制备，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Sn掺杂In2O3(ITO)透明导电薄膜具有低电阻率、高可见光透过率、高红外反射率等独特物理性能,同时对微波表现出较强衰减作用,因而被广泛应用于平板显示器、太阳能电池、面加热体等光电器件中,并在电磁波屏蔽及红外隐身等军事领域显示出巨大的应用价值。在实际应用中,各应用领域均要求ITO薄膜具有优异的综合光电性能,部分电子设备还要求ITO薄膜涂敷在异形器件表面,并具有出色的力学性能及附着强度,以适应各类恶劣载荷环境的使用要求。以往的研究表明,ITO薄膜的物理性能主要受其微结构特性的影响,而薄膜产品的微结构又受其生长过程的制约。因此,本论文针对上述理论及实际应用问题,利用离子辅助电子束蒸发技术制备ITO薄膜,并对薄膜的生长过程、微结构特性、光电性能、力学性能及球形基底表面薄膜制备进行研究,论文的创新性工作及主要研究结论包括:利用电子衍射及高分辨透射显微镜等测试手段对不同沉积速率制备的不同厚度ITO薄膜进行微结构表征,详细研究了ITO薄膜的生长过程及结构演变规律,结果表明:低速沉积的ITO薄膜初期主要由[100]、[111]两种择优取向晶粒构成,且随厚度的增加薄膜[111]择优取向逐渐增强;高速沉积的薄膜最初由纳米线结构构成,随着沉积过程的进行纳米线结构逐渐消退、薄膜原子再结晶形成沿[100]晶向生长的立方块状晶粒;具有高度(222)择优取向的ITO薄膜电阻率可低至2.58×10-4Ω·cm,可见光透过率大于85%。系统研究了ITO薄膜的纳米硬度、弹性模量及膜-基结合强度等力学性能,并利用相关力学原理及晶格衍射数据计算了多晶ITO薄膜的内应力状态。研究发现具有适宜结构特性的薄膜纳米硬度可达13.8 GPa,高于玻璃基片;实验中制备的ITO薄膜均处于压应力状态下,其主要来源为结构缺陷引入的本征应力;ITO薄膜的膜-基结合强度随沉积速率的升高而降低。结合ITO薄膜蒸发特性及膜厚计算原理,计算得出半球形基底表面膜厚分布的物理模型;设计并制作了摆角可调的行星式工装,采用优化后的工艺参数实现了大尺寸半球形玻璃基底表面ITO膜的蒸镀。研究发现球面薄膜物理性能随蒸发原子束流及辅助氧离子束作用角度的变化而变化,由半球顶心向边缘位置,薄膜结构呈现较大差异。
【关键词】：ITO 离子辅助电子束蒸发 结构演变 力学性能 球形基底
【学位授予单位】：中国建筑材料科学研究总院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.2;O614.372
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-29
• 1.1 透明导电氧化物（TCO）薄膜9-10
• 1.2 ITO薄膜的基本性质10-18
• 1.2.1 ITO薄膜的结构特性11-13
• 1.2.2 ITO薄膜的能带结构13-14
• 1.2.3 ITO薄膜的电学性能14-16
• 1.2.4 ITO薄膜的光学性能16-18
• 1.3 ITO薄膜的沉积方法18-20
• 1.3.1 化学法18-19
• 1.3.2 物理法19-20
• 1.4 ITO薄膜的应用20-24
• 1.5 本论文目的、意义及研究内容24-29
• 第2章 电子束蒸发ITO薄膜的生长过程及结构演变研究29-61
• 2.1 实验方法29-31
• 2.1.1 样品制备29-31
• 2.1.2 样品表征31
• 2.2 低速沉积ITO薄膜的生长过程及结构演变31-41
• 2.2.1 50 nm厚ITO薄膜的结构特性31-36
• 2.2.2 100 nm厚ITO薄膜的结构特性36-38
• 2.2.3 250 nm厚ITO薄膜的结构特性38-41
• 2.3 高速沉积ITO薄膜的生长过程及结构演变41-53
• 2.3.1 50 nm厚ITO薄膜的结构特性41-48
• 2.3.2 100 nm厚ITO薄膜的结构特性48-51
• 2.3.3 250 nm厚ITO薄膜的结构特性51-53
• 2.4 不同工艺条件制备ITO薄膜的结构特性研究53-59
• 2.4.1 ITO薄膜的微结构53-57
• 2.4.2 ITO薄膜的表面形貌57-59
• 2.5 本章小结59-61
• 第3章 ITO薄膜的光电性能研究61-73
• 3.1 实验方法61-62
• 3.1.1 样品准备61
• 3.1.2 样品表征61-62
• 3.2 ITO薄膜的电学性能62-66
• 3.3 ITO薄膜的光学性能66-71
• 3.4 本章小结71-73
• 第4章 ITO薄膜的力学性能研究73-99
• 4.1 样品准备73
• 4.2 ITO薄膜的纳米硬度及弹性模量73-82
• 4.2.1 纳米压入测试原理及实验条件73-76
• 4.2.2 纳米硬度及弹性模量76-82
• 4.3 ITO薄膜的应力状态82-88
• 4.3.1 ITO薄膜内应力计算82-84
• 4.3.2 ITO薄膜内应力产生机理84-88
• 4.4 ITO薄膜的膜-基结合性能88-96
• 4.4.1 纳米划入测试过程及实验条件88-89
• 4.4.2 膜-基结合性能89-96
• 4.5 本章小结96-99
• 第5章 球形基底表面ITO薄膜的制备99-117
• 5.1 球形基底表面膜厚分布的理论计算99-102
• 5.1.1 行星式工装膜厚分布计算原理99-102
• 5.1.2 行星式运动球形基底表面膜厚分布计算102
• 5.2 球形基底表面ITO薄膜的厚度均匀性研究102-107
• 5.2.1 理论分析102-105
• 5.2.2 实际膜厚分布105-107
• 5.3 球形基底表面ITO薄膜的性能研究107-115
• 5.3.1 球形基底表面ITO薄膜的结构特性107-110
• 5.3.2 球形基底表面ITO薄膜的光电性能110-113
• 5.3.3 球形基底表面ITO薄膜的力学性能113-115
• 5.4 本章小结115-117
• 第6章 结论、创新点及展望117-119
• 参考文献119-131
• 附录1 标准粉末衍射数据131-137
• 在读期间发表的论文137-139
• 致谢139

【参考文献】

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 李世涛;透明导电ITO及其复合薄膜的研究[D];华中科技大学;2006年

2 张波;高价金属元素掺杂透明导电ITO薄膜的研究[D];上海交通大学;2009年

3 黄延伟;新型SnO_2基透明导电薄膜及其二极管的研究[D];复旦大学;2010年

4 方彦俊;氧化锌纳米线的制备及其发光与电输运研究[D];浙江大学;2013年

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本文编号：377112