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球形玻璃基底表面增透ITO导电膜的研究

作　者: 邱阳
导　师: 祖成奎; 金扬利
学　校: 中国建筑材料科学研究总院
专　业: 材料学
关键词: ITO 短波截止限长波吸收限球形玻璃基底增透ITO导电膜
分类号: O484.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

ITO透明导电氧化物薄膜由于同时具备较高的电导率和可见光透射率而在电子、光电领域应用广泛，并因为对微波有较强的衰减作用，在电磁屏蔽及雷达波隐身等军事技术中表现出令人期待的发展前景。单层ITO薄膜的光电性能存在物理极限，利用调整工艺参数的方法，在提高光学性能的同时会导致电学性能的降低。同时，前人在整流罩、灯罩等大尺寸异形基底上制备ITO薄膜的研究工作较少，未得出异性件上制备分布均匀且性能优异的ITO薄膜的系统解决方案。本论文的研究目的就是通过多界面反射光波干涉相消原理，研究增透ITO导电膜技术，在保证薄膜电学性能的前提下提高其光学性能，并通过异形基底表面镀膜技术研究，在异形基底表面实现高性能增透ITO导电膜的制备。论文研究具有一定的理论及实际意义。论文主要研究工作及结论包括：1.离子辅助蒸发技术沉积ITO导电膜及其性能研究。研究发现：基板温度、沉积速率及充氧量对ITO薄膜的晶体结构、表面形貌、可见光透射率、禁带宽度、等离子波长及方块电阻等性能具有重要影响，并决定薄膜短波截止限及长波吸收限位置。利用实验获得的较佳工艺参数制备150nmITO导电膜，电阻率可低至1.44×10-4·cm，薄膜-基片组合的平均可见光透射率可达82.6%；2.球形玻璃基底表面ITO导电膜的研究。不论用何种工件架镀膜，球面上由半球顶心向边缘，薄膜的厚度逐渐变薄，方块电阻及平均可见光透射率增大。利用静止工件架镀膜时，膜厚分布总体与理论计算值相符。利用行星工件架镀膜，当摆角为0°时，球形基底表面ITO导电膜的膜厚、方块电阻及平均可见光透射率的均匀性均相比其他工件架运行方式得到较大提高；3.球形玻璃基底表面增透ITO导电膜的研究。利用光学薄膜设计软件优化得到的增透ITO导电膜设计方案中，方案：Glass︱ITO︱SiO2︱Air在可见光区透射率较高，具有约4%的增透效果，400～800nm波长范围内平均透射率为91.0%，在保证一定厚度ITO薄膜方块电阻不变的前提下大大提高了光学性能；利用0°摆角行星式工件架及方案Glass︱ITO︱SiO2︱Air在球形基底表面制备增透ITO导电膜，球面上各位置平均可见光透射率分布均匀，透射率差值低于4.2%，镀件在400MHz～1GHz频率范围内有约10dB的屏蔽效能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-21
  1.1 ITO 薄膜  9-14
    1.1.1 ITO 薄膜的结构特性  10-12
    1.1.2 ITO 薄膜的电学特性  12-13
    1.1.3 ITO 薄膜的光学特性  13-14
  1.2 ITO 薄膜的沉积方法  14-17
  1.3 ITO 薄膜研究现状  17
  1.4 本课题的研究目的、意义、主要内容和创新点  17-19
    1.4.1 研究目的和意义  17-18
    1.4.2 研究内容  18-19
    1.4.3 创新点  19
  1.5 本章小结  19-21
第二章实验方法及表征手段  21-29
  2.1 电子束蒸发镀膜简介  21-23
    2.1.1 电子束蒸发基本原理及特性  21-23
    2.1.2 离子辅助电子束蒸发系统  23
  2.2 实验原材料及设备  23-25
    2.2.1 蒸发膜料  23-24
    2.2.2 镀膜基片  24
    2.2.3 薄膜沉积设备  24-25
  2.3 样品性能表征设备及方法  25-27
    2.3.1 分光光度计  25
    2.3.2 四探针测试仪  25-26
    2.3.3 X 射线衍射仪  26
    2.3.4 扫描电子显微镜  26-27
    2.3.5 台阶仪  27
  2.4 本章小结  27-29
第三章增透 ITO 导电膜设计理论基础  29-35
  3.1 光学薄膜特征矩阵  29-31
  3.2 增透膜减反射原理  31-32
  3.3 增透 ITO 导电膜设计思想  32-33
  3.4 本章小结  33-35
第四章 ITO 导电膜的制备及性能研究  35-55
  4.1 基板温度对 ITO 导电膜性能的影响  35-41
  4.2 沉积速率对 ITO 导电膜性能的影响  41-46
  4.3 充氧量对 ITO 薄膜性能的影响  46-52
  4.4 ITO 薄膜制备最佳工艺参数  52
  4.5 本章小结  52-55
第五章球形玻璃基底表面 ITO 导电膜的研究  55-73
  5.1 球形基底表面膜厚分布理论计算  55-61
    5.1.1 平面基底表面膜厚分布  55-57
    5.1.2 蒸发源正上方球形基底表面膜厚分布计算  57-59
    5.1.3 行星式运动球形基底表面膜厚分布计算  59-61
  5.2 球形玻璃基底表面 ITO 导电膜的制备及均匀性研究  61-70
    5.2.1 球形玻璃基底表面 ITO 导电膜的制备  62-63
    5.2.2 球形玻璃基底表面 ITO 导电膜均匀性研究  63-70
  5.3 本章小结  70-73
第六章球形玻璃基底表面增透 ITO 导电膜的研究  73-85
  6.1 增透 ITO 导电膜膜系设计  73-79
    6.1.1 设计用光学薄膜材料  73
    6.1.2 光学常数的提取  73-76
    6.1.3 膜系设计及计算光谱曲线  76-79
  6.2 球形玻璃基底表面增透 ITO 导电膜制备  79-81
    6.2.1 制备方案的确定  79-80
    6.2.2 增透 ITO 导电膜的制备  80-81
  6.3 球形玻璃基底表面增透 ITO 导电膜的光电性能  81-83
  6.4 球形玻璃基底表面增透 ITO 导电膜的电磁屏蔽效能  83
  6.5 本章小结  83-85
结论  85-87
参考文献  87-91
攻读硕士学位期间发表的论文  91-93
致谢  93

球形玻璃基底表面增透ITO导电膜的研究

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