氧化铟锡(ITO)防静电薄膜的性能测试分析

ITO的成分测试分析

         表1 是辐照前后ITO膜的成分测试分析结果。可以看出，辐照后ITO膜的氧组分比例明显增加，Sn 对In的原子浓度比例稍微减少。ITO组分比例的变化，可能是由于带电粒子（电子、质子）辐照时，对材料产生的溅射效应引起的。ITO薄膜在退火后虽然性能比较稳定，结晶也比较，但由于其为化合物，在溅射时会存在元素的选择溅射而使其组分比例发生变化。

表1 辐照前后ITO 膜的成分含量（原子浓度分数）变化

ITO 的表面微观结构分析

         图1 和图2 是辐照前后ITO 膜的表面微观结构分析结果。可以看出，辐照前后ITO 膜的表面微观结构发生了明显变化，即辐照前ITO的表面微观结构致密而均匀，而辐照后产生很多缺陷。

          辐照后ITO 晶体结构中的缺陷产生，可能是由2 个因素引起的：

        （1）由辐照对材料产生的溅射效应引起的，溅射不仅使ITO 组分比例发生变化，还直接在表面形成一些缺陷。

       （2）可能是由于辐照产生的热效应而引起的。

        根据工控论坛提供的资料，综合电子质子辐照能够对玻璃材料造成表面充电和体充电效应。虽然ITO 膜具有一定导电性，可以消除表面充电效应，但由于ITO 膜很薄，仅十几纳米厚，而辐照时电子质子的能量足够穿透ITO 进入玻璃基底材料产生体充电效应。这样体充电效应产生了很强电场，导致局部电位超过玻璃材料的击穿电压而发生放电现象。放电时产生的瞬时电流释放大量的热，使基底材料表面局部温度急剧升高而对ITO薄膜结构产生影响。

ITO的光学性能变化

         图3 是ITO 样品在辐照前后的透过光谱测试结果。可以看出，ITO 样品的光学性能变化很小。结合以上的XPS 和AFM 分析结果，认为这可能是由于氧组分比例增加使ITO 透过率增加，与ITO 表面微观结构被破坏（散射增加）而使ITO 透过率减少，造成2 种效应共同作用的结果。

图3 辐照前后ITO 样品的透过光谱变化（1为辐照前，2为辐照后）

ITO 的电学性能变化

         表2 是辐照前后ITO样品表面电阻的测试结果。可以看出，辐照后表面电阻有所增大，但与辐照前仍处于1 个数量级。根据自动化论坛的资料，薄膜的表面电阻即使高达106kΩ，充电电位仍小于100V，具备较好的抗静电放电性能。因此，对于空间应用的透明防静电功能来说，影响不大，说明ITO 薄膜的耐辐照性能比较好，空间稳定性很好。

表2 辐照前后ITO 的表面电阻变化

        ITO的表面电阻增大，应是ITO膜的氧组分增加，使氧空穴以及Sn4+的含量下降而使电阻增加，和ITO产生晶体缺陷而使电阻增加所共同作用的结果。

        根据ITO薄膜的导电机理，氧缺位即In2O3-x 结构的存在，使其具有过剩的自由电子，表现出一定的导电性；同时，铟锡离子体积大小一致，高价正离子Sn4+以替代In3+的形式掺杂在In2O3 形成的晶格中，在替代位置的Sn4+会提供导电电子到导带，形成n 型掺杂，提高了ITO 薄膜的导电性能。因此，辐照后ITO膜中氧含量的增加、Sn 对In 原子比例的减少，会使氧空穴以及Sn4+的含量下降，从而使自由电子减少，电阻增大。另外，ITO 产生晶体缺陷后，自由电子的散射作用增加，迁移率减少，也使电阻增大。

通过试验及分析，得出以下结论：

        （1）辐照会使ITO 的表面微观结构发生了明显变化，产生晶体缺陷；同时，ITO 的组分也发生变化，辐照后ITO 膜的氧组分比例明显增加，Sn 对In 的原子浓度比例稍微减少；

        （2）辐照后ITO 的表面电阻增大，光谱透过率变化不大；

        （3）对于空间应用ITO 膜的透明防静电功能来说，辐照前后ITO 膜的光学性能变化很小，表面电阻虽有所增大，但仍处于1 个数量级，因此对其使用功能来说，影响不大。说明ITO 薄膜的耐辐照性能比较好，空间稳定性很好。