● 摘要
ITO(Indium Tin Oxide)膜是重掺杂Sn的In2O3透明导电膜，基本结构是立方In2O3结构，晶格常数为10.117Å。由于ITO膜光学直接能隙为3.70~4.20eV，间接能隙为2.80~3.40eV, 所以具有透明性, 可见光范围(400~800nm)平均透过率可达90%以上，红外反射率也达到85%以上。同时ITO膜的电阻率ρ可达到10-4Ω•cm，导电性接近金属。再者ITO膜与衬底结合性能好，易于加工刻蚀，具有良好的机械强度和化学稳定性等，所以ITO膜是目前性能最好的透明导电膜，广泛应用于液晶显示器、太阳能电池、防静电、防微波辐射等领域。本论文主要采用直流磁控溅射掺铌 ITO靶制备掺铌 ITO膜，所用掺铌 ITO靶制备成本低、相对密度达到98%以上，靶中In2O3与SnO2质量比：9:1，Nb2O5占靶材总质量的1.5wt%，研究分析了掺铌 ITO膜的导电机理及掺杂含量。通过电阻实时监测装置，发现镀膜过程中样品电阻R的变化可分为三个阶段，并对各阶段膜层沉积特点、导电机理进行了深入研究。全面考察了基片温度、氧氩比(O2:Ar)、工作气压、溅射功率等镀膜工艺参数及样品冷却过程中真空环境对样品光电性能的影响，摸索出最佳的镀膜工艺参数组合，通过对样品进行四探针测试仪、紫外分光光度计测试分析，得到的掺铌ITO膜电阻率最小达到2.583×10-4Ω·cm，光电性能兼优的膜在400~800nm波长范围平均透过率达到93%，电阻率达到9.298×10-4Ω·cm；在样品的X射线衍射(XRD)图谱中，未发现SnO2或NbO5的峰，说明Sn和Nb原子完全替代了In2O3中In原子位置，并且样品主要沿(222)晶面择优生长；对靶材、样品成分的EDX测试表明：在一定的范围内，适当增加膜中氧含量来保证膜的高透过率；同时适当增大Nb的掺杂量来产生更多的载流子，从而保证膜的低电阻率，可以制备出光电性能兼优的高性能掺铌ITO膜。最后，对ITO膜作为纳米硅太阳能电池单层减反膜的厚度进行理论计算，结果是ITO膜厚d为79nm、237nm、395nm等时，ITO膜能起到很好的减反作用，可使空气/纳米硅膜交界面上的反射损失由29.8%降到0.09%。