ITO靶材应用与解决方案

氧化铟锡（ITO）晶体结构

 

    氧化铟锡（ITO）是通过用锡掺杂In₂O₃而形成的n型半导体，晶体结构是In₂O₃结构，其中In₂O₃结构具有两种形态，一种是立方铁锰矿结构，另一种是六方刚玉结构。立方铁锰矿结构是最常见的In₂O₃结构，如图1所示。当将氧化锡掺杂到氧化铟中以形成氧化铟锡固溶体时，一种高度简并的n型半导体得以产生，其中一定数量的In³⁺位置被Sn⁴⁺取代了，导致ITO晶格中出现大量点缺陷，同时产生大量自由电子，点缺陷和自由电子可充当电场下的载流子，因此表现出了优异的导电性能。

ITO 体心立方铁锰矿结构

 

ITO靶材特点

 

    ITO靶材是一种铟锡氧化物特殊功能陶瓷材料，它是金属铟经过深加工的高科技产品，主要用于生产ITO薄膜。作为n型半导体陶瓷膜，ITO薄膜具有良好的导电性；硬度高，耐磨、化学蚀刻性好；可见光透过率高；超过85%的紫外线吸收率，高于80%的红外线的反射率；并且具有微波衰减率大于85%的特性。

 

 

 

ITO薄膜工艺

 

    ITO在各种领域中的应用，均围绕其透明和导电的优异特性。ITO薄膜的光学性质主要受两方面的因素影响：光学禁带宽度和等离子振荡频率。前者决定光谱吸收范围，后者决定光谱反射范围和强度。一般情况下，ITO在短波区吸收率较高，在长波长范围反射率较高，可见光范围透射率最高。以100nm ITO为例，400－900nm波长范围平均透射率高达92.8％。

 

    ITO薄膜的性能主要由制备工艺决定，热处理常作为辅助优化的手段。为获得导电性好，透射率高以及表面形貌平整的ITO薄膜，需选择合适的沉积手段和优化工艺参数。常见的镀膜方式包括电子束蒸发和磁控溅射。

 

    电子束蒸发的主要原理：高真空环境下，通过电子枪发出的高能电子，在电场和磁场作用下，电子轰击ITO靶材表面使动能转化为热能，靶材升温，变成熔融状态或者直接蒸发出去，在衬底表面沉积成ITO薄膜。

 

电子束蒸发镀膜原理

 

    磁控溅射属于辉光放电范畴，利用阴极溅射原理进行镀膜。膜层粒子来源于辉光放电中，氩离子对阴极ITO靶材产生的阴极溅射作用。氩离子将靶材原子溅射下来后，沉积到衬底表面形成所需ITO膜层。

 

磁控溅射原理图

 

ITO应用

 

    ITO下游产业主要是平板显示产业中的导电玻璃技术，即在钠钙基或硅硼基基片玻璃的基础上，镀上一层氧化铟锡膜加工制作成的。在平板显示产业中应用在触摸屏和液晶面板领域。触摸屏领域应用的是TP－ITO导电玻璃，而液晶面板领域应用的是LCD－ITO导电玻璃，两者的主要区别在LCD－ITO导电玻璃还会在镀ITO层之前，镀上一层二氧化硅阻挡层，以阻止基片玻璃上的钠离子向盒内液晶里扩散。

 

 

液晶显示器：

 

    液晶显示器主要使用ITO导电玻璃。

 

    液晶显示器之所以能显示特定的图形，主要是将导电玻璃上的透明电极蚀刻制成特定形状的电极，在这些电极上加适当电压信号后，使具有偶极矩的液晶分子在电场作用下特定的方面排列，进而显示出与电极波长相对应的图形。目前液晶显示器的透明电极以ITO的透光率和导电性能最好，而且容易在酸液中蚀刻出微细图形。

 

触摸屏：

 

    无论是电阻式触摸屏还是电容式触摸屏，工作面都是基于ITO涂层。

 

    电阻式触摸屏，当表面被触摸时向下弯曲，并使得下面隔开的两层ITO涂层能够相互接触并在该点连通电路，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。

 

    表面电容触摸屏只采用单层的ITO，当手指触摸屏表面时，就会有一定量的电荷转移到人体。为了恢复这些电荷损失，电荷从屏幕的四角补充进来，各方向补充的电荷量和触摸点的距离成比例，由此推算出触摸点的位置。

 

    有IPHONE引领的投射电容触摸屏采用多层ITO层，形成矩阵式分布，以X轴、Y轴交叉分布做为电容矩阵，当手指触碰屏幕时，可通过X、Y轴的扫描，检测到触碰位置电容的变化，进而计算出手指之所在。基于此种架构，投射电容可以做到多点触控操作。

 

 

    另外IIO薄膜在幕墙玻璃、太阳能电池、航空航天飞机、汽车上的防雾玻璃、微波屏蔽和防护镜、传感器等众多领域得以广泛应用。

 

ITO发展现状

 

    长期以来，ITO靶材的核心技术都被三井、东曹、日立、住友、JX、三星康宁、优美科等大企业把持，他们所采用的常压烧结技术已经较为成熟。

 

    我国是全球ITO靶材最大需求国，需求量占全球25%。作为显示面板的重要原料，尽管ITO靶材已经进入红海市场，但国产化率并不高，在2019年之前，约90%的ITO靶材需要依靠进口。

 

    国内虽然有20多家靶材企业，但进展并不顺利，普遍没能做到批量供应。直到2017年，国产ITO靶材产品和技术水平大幅提升，逐渐追上国际领先水平，国内代表性企业有先导集团、映日科技、晶联光电、欧莱靶材。

 

    随着OLED取代LCD成为显示技术的主流，ITO靶材市场需求或将不再高速增长，转为平稳发展趋势。

 

    另一方面，ITO靶材市场的价格战已经持续良久，尽管现阶段市场有涨价趋势，但国内布局ITO靶材业务的企业不在少数，市场竞争压力也将日趋激烈。