氧化銦錫（ITO）晶體結構

 

    氧化銦錫（ITO）是通過(guò)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(tài)，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(jiàn)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(shí)，一種高度簡(jiǎn)并的n型半導體得以產(chǎn)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(diǎn)缺陷，同時(shí)產(chǎn)生大量自由電子，點(diǎn)缺陷和自由電子可充當電場(chǎng)下的載流子，因此表現出了優(yōu)異的導電性能。

ITO 體心立方鐵錳礦結構

 

ITO靶材特點(diǎn)

 

    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(jīng)過(guò)深加工的高科技產(chǎn)品，主要用于生產(chǎn)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(xué)蝕刻性好；可見(jiàn)光透過(guò)率高；超過(guò)85%的紫外線(xiàn)吸收率，高于80%的紅外線(xiàn)的反射率；并且具有微波衰減率大于85%的特性。

 

 

 

ITO薄膜工藝

 

    ITO在各種領(lǐng)域中的應用，均圍繞其透明和導電的優(yōu)異特性。ITO薄膜的光學(xué)性質(zhì)主要受兩方面的因素影響：光學(xué)禁帶寬度和等離子振蕩頻率。前者決定光譜吸收范圍，后者決定光譜反射范圍和強度。一般情況下，ITO在短波區吸收率較高，在長(cháng)波長(cháng)范圍反射率較高，可見(jiàn)光范圍透射率最高。以100nm ITO為例，400－900nm波長(cháng)范圍平均透射率高達92.8％。

 

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

 

    電子束蒸發(fā)的主要原理：高真空環(huán)境下，通過(guò)電子槍發(fā)出的高能電子，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用下，電子轟擊ITO靶材表面使動(dòng)能轉化為熱能，靶材升溫，變成熔融狀態(tài)或者直接蒸發(fā)出去，在襯底表面沉積成ITO薄膜。

 

電子束蒸發(fā)鍍膜原理

 

    磁控濺射屬于輝光放電范疇，利用陰極濺射原理進(jìn)行鍍膜。膜層粒子來(lái)源于輝光放電中，氬離子對陰極ITO靶材產(chǎn)生的陰極濺射作用。氬離子將靶材原子濺射下來(lái)后，沉積到襯底表面形成所需ITO膜層。

 

磁控濺射原理圖

 

ITO應用

 

    ITO下游產(chǎn)業(yè)主要是平板顯示產(chǎn)業(yè)中的導電玻璃技術(shù)，即在鈉鈣基或硅硼基基片玻璃的基礎上，鍍上一層氧化銦錫膜加工制作成的。在平板顯示產(chǎn)業(yè)中應用在觸摸屏和液晶面板領(lǐng)域。觸摸屏領(lǐng)域應用的是TP－ITO導電玻璃，而液晶面板領(lǐng)域應用的是LCD－ITO導電玻璃，兩者的主要區別在LCD－ITO導電玻璃還會(huì )在鍍ITO層之前，鍍上一層二氧化硅阻擋層，以阻止基片玻璃上的鈉離子向盒內液晶里擴散。

 

 

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制成特定形狀的電極，在這些電極上加適當電壓信號后，使具有偶極矩的液晶分子在電場(chǎng)作用下特定的方面排列，進(jìn)而顯示出與電極波長(cháng)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(wú)論是電阻式觸摸屏還是電容式觸摸屏，工作面都是基于ITO涂層。

 

    電阻式觸摸屏，當表面被觸摸時(shí)向下彎曲，并使得下面隔開(kāi)的兩層ITO涂層能夠相互接觸并在該點(diǎn)連通電路，電阻發(fā)生變化，在X和Y兩個(gè)方向上產(chǎn)生信號，然后送觸摸屏控制器。

 

    表面電容觸摸屏只采用單層的ITO，當手指觸摸屏表面時(shí)，就會(huì )有一定量的電荷轉移到人體。為了恢復這些電荷損失，電荷從屏幕的四角補充進(jìn)來(lái)，各方向補充的電荷量和觸摸點(diǎn)的距離成比例，由此推算出觸摸點(diǎn)的位置。

 

    有IPHONE引領(lǐng)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(shí)，可通過(guò)X、Y軸的掃描，檢測到觸碰位置電容的變化，進(jìn)而計算出手指之所在?；诖朔N架構，投射電容可以做到多點(diǎn)觸控操作。

 

 

    另外IIO薄膜在幕墻玻璃、太陽(yáng)能電池、航空航天飛機、汽車(chē)上的防霧玻璃、微波屏蔽和防護鏡、傳感器等眾多領(lǐng)域得以廣泛應用。

 

ITO發(fā)展現狀

 

    長(cháng)期以來(lái)，ITO靶材的核心技術(shù)都被三井、東曹、日立、住友、JX、三星康寧、優(yōu)美科等大企業(yè)把持，他們所采用的常壓燒結技術(shù)已經(jīng)較為成熟。

 

    我國是全球ITO靶材最大需求國，需求量占全球25%。作為顯示面板的重要原料，盡管ITO靶材已經(jīng)進(jìn)入紅海市場(chǎng)，但國產(chǎn)化率并不高，在2019年之前，約90%的ITO靶材需要依靠進(jìn)口。

 

    國內雖然有20多家靶材企業(yè)，但進(jìn)展并不順利，普遍沒(méi)能做到批量供應。直到2017年，國產(chǎn)ITO靶材產(chǎn)品和技術(shù)水平大幅提升，逐漸追上國際領(lǐng)先水平，國內代表性企業(yè)有先導集團、映日科技、晶聯(lián)光電、歐萊靶材。

 

    隨著(zhù)OLED取代LCD成為顯示技術(shù)的主流，ITO靶材市場(chǎng)需求或將不再高速增長(cháng)，轉為平穩發(fā)展趨勢。

 

    另一方面，ITO靶材市場(chǎng)的價(jià)格戰已經(jīng)持續良久，盡管現階段市場(chǎng)有漲價(jià)趨勢，但國內布局ITO靶材業(yè)務(wù)的企業(yè)不在少數，市場(chǎng)競爭壓力也將日趨激烈。