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ITO靶材應用與解決方案

日期:2020/10/19 17:19:57

氧化銦錫(ITO)晶體結構

 

 

    氧化銦錫(ITO)是通過用錫摻雜In2O3而形成的n型半導體,晶體結構是In2O3結構,其中In2O3結構具有兩種形態,一種是立方鐵錳礦結構,另一種是六方剛玉結構。立方鐵錳礦結構是最常見的In2O3結構,如圖1所示。當將氧化錫摻雜到氧化銦中以形成氧化銦錫固溶體時,一種高度簡並的n型半導體得以產生,其中一定數量的In3+位置被Sn4+取代了,導致ITO晶格中出現大量點缺陷,同時產生大量自由電子,點缺陷和自由電子可充當電場下的載流子,因此表現出了優異的導電性能。

ITO 體心立方鐵錳礦結構

 

 

ITO靶材特點

 

 

    ITO靶材是一種銦錫氧化物特殊功能陶瓷材料,它是金屬銦經過深加工的高科技產品,主要用於生產ITO薄膜。作為n型半導體陶瓷膜,ITO薄膜具有良好的導電性;硬度高,耐磨、化學蝕刻性好;可見光透過率高;超過85%的紫外線吸收率,高於80%的紅外線的反射率;並且具有微波衰減率大於85%的特性。

 

 

 

 

 

 

ITO薄膜工藝

 

 

    ITO在各種領域中的應用,均圍繞其透明和導電的優異特性ITO薄膜的光學性質主要受兩方麵的因素影響光學禁帶寬度和等離子振蕩頻率前者決定光譜吸收範圍後者決定光譜反射範圍和強度一般情況下ITO在短波區吸收率較高在長波長範圍反射率較高可見光範圍透射率最高100nm ITO為例400900nm波長範圍平均透射率高達92.8

 

 

    ITO薄膜的性能主要由製備工藝決定,熱處理常作為輔助優化的手段。為獲得導電性好,透射率高以及表麵形貌平整的ITO薄膜,需選擇合適的沉積手段和優化工藝參數。常見的鍍膜方式包括電子束蒸發和磁控濺射。

 

 

    電子束蒸發的主要原理:高真空環境下,通過電子槍發出的高能電子,在電場和磁場作用下,電子轟擊ITO靶材表麵使動能轉化為熱能,靶材升溫,變成熔融狀態或者直接蒸發出去,在襯底表麵沉積成ITO薄膜。

 

 

電子束蒸發鍍膜原理

 

 

    磁控濺射屬於輝光放電範疇,利用陰極濺射原理進行鍍膜。膜層粒子來源於輝光放電中,氬離子對陰極ITO靶材產生的陰極濺射作用。氬離子將靶材原子濺射下來後,沉積到襯底表麵形成所需ITO膜層。

 

 

磁控濺射原理圖

 

 

ITO應用

 

 

    ITO下遊產業主要是平板顯示產業中的導電玻璃技術,即在鈉鈣基或矽硼基基片玻璃的基礎上鍍上一層氧化銦錫膜加工製作成的在平板顯示產業中應用在觸摸屏和液晶麵板領域觸摸屏領域應用的是TPITO導電玻璃而液晶麵板領域應用的是LCDITO導電玻璃兩者的主要區別在LCDITO導電玻璃還會在鍍ITO層之前鍍上一層二氧化矽阻擋層以阻止基片玻璃上的鈉離子向盒內液晶裏擴散

 

 

 

 

液晶顯示器:

 

 

    液晶顯示器主要使用ITO導電玻璃。

 

 

    液晶顯示器之所以能顯示特定的圖形,主要是將導電玻璃上的透明電極蝕刻製成特定形狀的電極,在這些電極上加適當電壓信號後,使具有偶極矩的液晶分子在電場作用下特定的方麵排列,進而顯示出與電極波長相對應的圖形。目前液晶顯示器的透明電極以ITO的透光率和導電性能最好,而且容易在酸液中蝕刻出微細圖形。

 

 

觸摸屏:

 

 

    無論是電阻式觸摸屏還是電容式觸摸屏,工作麵都是基於ITO塗層。

 

 

    電阻式觸摸屏,當表麵被觸摸時向下彎曲,並使得下麵隔開的兩層ITO塗層能夠相互接觸並在該點連通電路,電阻發生變化,在XY兩個方向上產生信號,然後送觸摸屏控製器。

 

 

    表麵電容觸摸屏隻采用單層的ITO,當手指觸摸屏表麵時,就會有一定量的電荷轉移到人體。為了恢複這些電荷損失,電荷從屏幕的四角補充進來,各方向補充的電荷量和觸摸點的距離成比例,由此推算出觸摸點的位置。

 

 

    有iphoness引領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,當手指觸碰屏幕時,可通過XY軸的掃描,檢測到觸碰位置電容的變化,進而計算出手指之所在。基於此種架構,投射電容可以做到多點觸控操作。

 

 

 

 

    另外IIO薄膜在幕牆玻璃、太陽能電池、航空航天飛機、汽車上的防霧玻璃、微波屏蔽和防護鏡、傳感器等眾多領域得以廣泛應用。

 

 

ITO發展現狀

 

 

    長期以來,ITO靶材的核心技術都被三井、東曹、日立、住友、JX、三星康寧、優美科等大企業把持他們所采用的常壓燒結技術已經較為成熟

 

 

    我國是全球ITO靶材最大需求國,需求量占全球25%。作為顯示麵板的重要原料,盡管ITO靶材已經進入紅海市場,但國產化率並不高,在2019年之前,約90%ITO靶材需要依靠進口。

 

 

    國內雖然有20多家靶材企業,但進展並不順利,普遍沒能做到批量供應。直到2017年,國產ITO靶材產品和技術水平大幅提升,逐漸追上國際領先水平,國內代表性企業有先導集團、映日科技、晶聯光電、歐萊靶材

 

 

    隨著OLED取代LCD成為顯示技術的主流,ITO靶材市場需求或將不再高速增長,轉為平穩發展趨勢。

 

 

    另一方麵,ITO靶材市場的價格戰已經持續良久,盡管現階段市場有漲價趨勢,但國內布局ITO靶材業務的企業不在少數,市場競爭壓力也將日趨激烈。

 

 

 

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