国内外ITO靶材调研报告

Indium-Tin-Oxide Target

氧化铟锡(ITO)靶材项目

调研报告

二〇一一年十二月

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目 录

1.市场部分……………………………………………………2 1.1 透明导电ITO薄膜的性能………………………………2 1.2用途现状…………………………………………………31 1.3应用及发展趋势…………………………………………90 1.4产量及市场需求量……………………………………100 2.工艺技术部分……………………………………………109 2.1生产工艺………………………………………………109 2.2技术指标………………………………………………114 2.3技术水平………………………………………………118 3. 经济部分………………………………………………123 3.1项目规模………………………………………………123 4.国内主要靶材生产企业、联系方式…………………129 5.国外主要靶材生产企业、联系方式…………………139 6.中国内地平板显示产业的前景…………………………145 附件1 三井公司MMF法ITO靶材技术生产工艺简介……157 附件2比兹依斯普有限公司(英国)ITO靶材工艺简介……168

（本报告谨以个人视角浅显对ITO靶材国内外状况，客观提出看法和意见，仅供参考）

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1.市场部分

1.1 透明导电ITO薄膜的性能

1.1.1 ITO薄膜的结构

氧化铟锡（Indium-Tin-Oxide,ITO）的分子量277.64，密度7.179，熔点1565℃，在10Torr 真空下的蒸发温度为600℃。

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（a） 非晶ITO （b）结晶ITO

图1.1.1.1 ITO的结晶结构

ITO(In203:Sn02=9:1)的微观结构（如图1.1.1.1所示），

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In203里掺人Sn后，Sn元素可以代替In203，晶格中的In元素而以SnO2的形式存在，因为In203中的In元素是三价，形成SnO2时将贡献一个电子到导带上，同时在一定的缺氧状态下产生氧空穴，形成10～10cm的载流子浓度和10～30cm

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／vs的迁移率（载流子浓度超过这个值则电子迁移率反而会下降）。该机理提供了在lOΩ〃cm数量级的低薄膜电阻率，所以ITO薄膜具有半导体的导电性能。

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图1.1.1.2 SnO2中电荷载体的形成（氧气空穴释放的2个电子）

图1.1.1.3 ITO靶材SME（10000倍）照片 试验多用钨舟或铂舟加热蒸发，也用Al2O3坩埚加热蒸发法制备ITO薄膜，采用电子束加热蒸发效果较好。工业化是用磁控溅射法在玻璃基板上溅镀大面积ITO薄膜，如液晶

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显示器（SN/TN-LCD、TFT-LCD）、等离子显示器（PDP）、有机发光二极管显示器（OLED）、屏蔽及防辐射玻璃等领域的广泛应用。

1.1.2 IT0薄膜的半导体特性

ITO薄膜典型参数：

〃 晶体结构 立方晶格 〃 晶格常数 10.118? 〃 线膨胀系数 10.2×10/℃

〃 电阻率 1.77×10～1.2×10 Ω〃cm 〃 载流子浓度 1×l0～l.3×10cm 〃 霍尔迂移率 26～40cm/V〃sec 〃 折射率 1.68～2.48 〃 可利用的方阻范围 5Ω/□～2kΩ/□ 〃 电阻温度系数 200×10/℃ 〃 氧空位扩散系数 4×10cm/sec

〃 可见光吸收 1～8％(视工艺条件而异)

ITO透明导电膜是指对于可见光透过率高，平均透光率Tavg大于80％，而且薄膜的电导率要高，薄膜材料的电阻率小于10Ω〃cm的薄膜材料。由固体物理理论可知，要制备具有导电性的ITO薄膜，首先就要控制ITO薄膜材料的费米半球的位臵，采用“杂质半导体”技术，可制备出性能优异的透明导电薄膜。

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2-6219

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1.1.2.1 IT0薄膜的电学性质

ITO薄膜是通过电子与空穴激发进行导电的，从而具有电学性能。掺锡和形成氧空位使载流子密度ne增加，进而使得薄膜的电导率σe大。掺锡反应可表示为： In203+xSn→In

4+

3+2-X

(Sn.e)〃OxIn (1-1)

4+3+3+

形成氧空位的反应式为； In203→In

4+3+2-X

(InX.2e)〃O

3+

2+2-3-X

+x/2O2 ↑ (1-2)

四价Sn与三价In产的离子半径较为接近．所以四价Sn很容易把三价In臵换出来，从而转变为Sn〃e，由于电子e和Sn束缚较弱，会有大量的电子存在；另一方面，氧离子(O)脱离原晶格，存在的电子使In转变为In，从而ITO 薄膜电导率与透光率较高。 1.1.2.2 IT0薄膜的光学性质

ITO的光学及部分机械性能

（1）导电性能好，电阻率可达10Ω〃cm； （2）可见光透过率高，可达 85%以上； （3）对紫外光具有吸收性，吸收率≥85%； （4）对红外光具有高反射性，反射率≥80%； （5）对微波具有高衰减率，衰减率≥85%；

（6）膜层硬度高、耐磨、耐普通条件下的化学腐蚀； （7）膜加工性能好，便于刻蚀等。

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2-3+

+

4+

4+

3+

4+

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图1.1.2.2 在聚酯薄膜衬底上IT0薄膜的光学特性

1TO薄膜还是透光性能(在可见光范围)较好的材料之一，实验发现透明导电膜存在“蓝移”现象，“蓝移”现象随掺杂比增大而越加明显。T Minami等研究了ZnO-In203，ZnO-V205，In203-CaInO3等薄膜，其中In4Sn3012薄膜的可见光Tavg(平均透光率)大于96％，Zn2In205薄膜的可见光Tavg＞95％。由于ITO薄膜在红外光区和紫外光附近存在强吸收，因此限制了其在紫外光电子器件和集成方面的应用，目前人们利用复合膜系(如纳米Au基复合膜)和设计新的材料成分来拓展透明导电薄膜的透射光范围。

表1.1.2 透明导电膜的技术指标

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1.1.3 ITO薄膜制备技术

IT0薄膜制备工艺有很多种，常见的有磁控溅射、真空反应蒸发、化学气相沉积、溶胶-凝胶法、电子回旋共振(ECR)微波等离子体反应蒸发沉积、喷射热分解与脉冲激光沉积等。其中，上述的制备工艺都有其优缺点，根据ITO薄膜材料的使用要求选择相应制备工艺，因为ITO薄膜材料的制备工艺从本质上决定了制备材料的性质。随着ITO薄膜材料应用范围的扩展，一些新的制备工艺也正逐步得到研究，这些改进的制备工艺，可以得到透射率高、电阻率低且表面形貌好的ITO薄膜材料。其中需要注意的是薄膜材料的生长温度，因为合适的生长温度可以使得薄膜与基板附着性要好，这样容易得到大面积的均匀薄膜且制膜成本较低。

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掺杂离子分别是锡(Sn)、钛(Ti)和锆(Zr)

图1.1.3.1 In203膜中的电子浓度n与掺杂离子浓度c之间的关系

通常靶材制备中往往掺杂2%～10%的锡。由于这些锡离子可以代替铟晶格中的位臵，使它可以得到最大的导电率。氧化铟锡膜层用分子式In203:Sn表示，它就是ITO膜。图1.1.3.1中实线表示自由电荷载体（此处为电子）的浓度N可能达到的最大浓度。如果所有参加掺杂的离子都嵌入到主晶格中，那么这个浓度就决定于掺杂离子的浓度c。从图1.1.3.1 中可以看出，当锡离子浓度c超过6%之后，再增加掺杂量也不能提高自由电荷载体的浓度N。这就是说，使用的离子不再能全部嵌入到主晶格之中了。超过临界掺杂浓度之后，主晶格发生了变化。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/slzg.html