氧化銦錫(ITO)晶體結(jié)構(gòu)
氧化銦錫(ITO)是通過(guò)用錫摻雜In2O3而形成的n型半導(dǎo)體,，晶體結(jié)構(gòu)是In2O3結(jié)構(gòu)，其中In2O3結(jié)構(gòu)具有兩種形態(tài),，一種是立方鐵錳礦結(jié)構(gòu),，另一種是六方剛玉結(jié)構(gòu)。立方鐵錳礦結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)的In2O3結(jié)構(gòu),，如圖1所示,。當(dāng)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(dǎo)體得以產(chǎn)生，其中一定數(shù)量的In3+位置被Sn4+取代了,，導(dǎo)致ITO晶格中出現(xiàn)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(dāng)電場(chǎng)下的載流子,，因此表現(xiàn)出了優(yōu)異的導(dǎo)電性能,。
ITO 體心立方鐵錳礦結(jié)構(gòu)
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(dǎo)體陶瓷膜，ITO薄膜具有良好的導(dǎo)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%的紫外線吸收率，高于80%的紅外線的反射率,；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(yīng)用,，均圍繞其透明和導(dǎo)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(qiáng)度。一般情況下,，ITO在短波區(qū)吸收率較高,，在長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍反射率較高，可見(jiàn)光范圍透射率較高,。以100nm ITO為例,，400-900nm波長(zhǎng)范圍平均透射率高達(dá)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(dǎo)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(shù),。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(zhuǎn)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(duì)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(yīng)用
ITO下游產(chǎn)業(yè)主要是平板顯示產(chǎn)業(yè)中的導(dǎo)電玻璃技術(shù),，即在鈉鈣基或硅硼基基片玻璃的基礎(chǔ)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(yīng)用在觸摸屏和液晶面板領(lǐng)域,。觸摸屏領(lǐng)域應(yīng)用的是TP-ITO導(dǎo)電玻璃,，而液晶面板領(lǐng)域應(yīng)用的是LCD-ITO導(dǎo)電玻璃，兩者的主要區(qū)別在LCD-ITO導(dǎo)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(nèi)液晶里擴(kuò)散。
液晶顯示器：
液晶顯示器主要使用ITO導(dǎo)電玻璃,。
液晶顯示器之所以能顯示特定的圖形,，主要是將導(dǎo)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(dāng)電壓信號(hào)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(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的圖形。目前液晶顯示器的透明電極以ITO的透光率和導(dǎo)電性能較佳,，而且容易在酸液中蝕刻出微細(xì)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(dāng)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(hào)，然后送觸摸屏控制器,。
表面電容觸摸屏只采用單層的ITO,，當(dāng)手指觸摸屏表面時(shí)，就會(huì)有一定量的電荷轉(zhuǎn)移到人體。為了恢復(fù)這些電荷損失,，電荷從屏幕的四角補(bǔ)充進(jìn)來(lái),，各方向補(bǔ)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(dāng)手指觸碰屏幕時(shí)，可通過(guò)X,、Y軸的掃描,，檢測(cè)到觸碰位置電容的變化，進(jìn)而計(jì)算出手指之所在,?；诖朔N架構(gòu)，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(jī),、汽車(chē)上的防霧玻璃,、微波屏蔽和防護(hù)鏡、傳感器等眾多領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用,。
ITO發(fā)展現(xiàn)狀
長(zhǎng)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(jié)技術(shù)已經(jīng)較為成熟,。
我國(guó)是ITO靶材大需求國(guó)，需求量占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(guó)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(guó)內(nèi)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(yīng),。直到2017年，國(guó)產(chǎn)ITO靶材產(chǎn)品和技術(shù)水平大幅提升,，逐漸追上水平,，國(guó)內(nèi)代表性企業(yè)有先導(dǎo)集團(tuán)、映日科技,、晶聯(lián)光電,、歐萊靶材。
隨著OLED取代LCD成為顯示技術(shù)的主流,，ITO靶材市場(chǎng)需求或?qū)⒉辉俑咚僭鲩L(zhǎng),，轉(zhuǎn)為平穩(wěn)發(fā)展趨勢(shì)。
另一方面,，ITO靶材市場(chǎng)的價(jià)格戰(zhàn)已經(jīng)持續(xù)良久,，盡管現(xiàn)階段市場(chǎng)有漲價(jià)趨勢(shì)，但國(guó)內(nèi)布局ITO靶材業(yè)務(wù)的企業(yè)不在少數(shù),，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力也將日趨激烈,。
