溶劑對(duì)ITO電極蝕刻的影響

本文研究了室溫下鹽酸和王水溶劑對(duì)ITO膜腐蝕行為的影響，在王水中比在鹽酸中獲得更高的蝕刻速率，然而，通過XPS分析，發(fā)現(xiàn)在王水蝕刻劑中比在HCl中有更多的表面殘留副產(chǎn)物，在王水和HCl中的表面濃度(氯與銦的比率)分別為7.2和0.38，還觀察到，由于離子化雜質(zhì)散射，表面殘留副產(chǎn)物降低了載流子遷移率，如在蝕刻過程后的ITO圖案中所見，由于快速蝕刻速率，王水發(fā)生了嚴(yán)重的底切，因此，9 M HCl溶液更適合作為ITO/有機(jī)發(fā)光二極管應(yīng)用的蝕刻劑。

本研究中采用了ITO鍍膜玻璃，因?yàn)樗谋?a target="_blank">電阻低，在可見光區(qū)的透明度高(90%)，在蝕刻過程開始之前，樣品 依次用丙酮、甲醇、去離子水清洗，用N2氣體干燥，用不同濃度和溫度的鹽酸(HCl)和水溶液(硝酸與鹽酸的體積比為1:3)進(jìn)行蝕刻實(shí)驗(yàn)，將ITO玻璃垂直浸入蝕刻溶液中，在蝕刻過程中不攪拌，在ITO蝕刻過程之后，進(jìn)行各種表征。

用能量色散譜(EDS)、霍爾測(cè)量和掃描電鏡(SEM)分別測(cè)量了腐蝕前后ITO膜的表面余氯、載流子濃度、遷移率和表面形貌，此外，通過單色 X射線源進(jìn)行X射線光電子能譜(XPS)測(cè)量，在這項(xiàng)工作中報(bào)道的所有結(jié)合能(BE)都是參考285.3 eV處碳C 1s峰的結(jié)合能。此外，用橢偏儀監(jiān)測(cè)腐蝕前后ITO膜的厚度。

在本研究中，使用HCl和王水作為蝕刻溶液，蝕刻反應(yīng)是 In2O3 + 2HC1 → 2InC1 + H2O + O2 (OH) In O (1) 23+12硝酸→ 2In(硝酸)3 + 6NO2+ 6HO (2) Eq中的OH在哪里。(1)是反應(yīng)焓，它的代數(shù)符號(hào)表示反應(yīng)是吸熱的還是放熱的，當(dāng)oh的符號(hào)為正時(shí)，反應(yīng)是吸熱的。

圖中顯示了蝕刻速率與蝕刻溶液的關(guān)系，很明顯，蝕刻速率隨著HCl和王水濃度的增加而增加，王水的蝕刻速率大于HCl的蝕刻速率，因?yàn)樗邢跛幔谕跛望}酸中，腐蝕速率的顯著轉(zhuǎn)折點(diǎn)分別出現(xiàn)在5m和7 M處，這種現(xiàn)象是水溶液中離解酸活性降低的結(jié)果，蝕刻溫度對(duì)ITO膜的蝕刻速率有很大影響，蝕刻速率隨著蝕刻溫度的增加而增加的事實(shí)是熱能加速了氯(Cl)、銦(In)和錫(Sn)之間的反應(yīng)的結(jié)果，蝕刻過程在5至45℃下進(jìn)行。

此外，硝酸也增強(qiáng)了蝕刻速率。王水的蝕刻速率約為194分鐘，這通常有利于工業(yè)生產(chǎn) 審判過程，擔(dān)心的是，隨著反應(yīng)溫度的升高，ITO表面上的殘余氯會(huì)擴(kuò)散到ITO膜中，出于操作控制的目的，蝕刻溫度保持在室溫。

在固定時(shí)間段內(nèi)作為蝕刻劑的函數(shù)的載流子遷移率，在王水和鹽酸中，腐蝕液濃度分別為1米和3 米時(shí)，ITO薄膜的載流子遷移率有顯著變化，載流子遷移率的上升是由于ITO表面的碳(C)污染量隨著低濃度下蝕刻劑濃度的增加而減少，在高濃度范圍內(nèi)，載流子遷移率隨著蝕刻劑濃度的增加而迅速降低，可以推測(cè)遷移率的降低是因?yàn)镾n原子從間隙態(tài)或晶界擴(kuò)散出來，并被認(rèn)為是散射中心。

(1) 表示反應(yīng)副產(chǎn)物是氯化物，這導(dǎo)致ITO表面上的電性能降低，這解釋了為什么王水的流動(dòng)性總是小于鹽酸，有機(jī)發(fā)光二極管的降解機(jī)理歸因于來自ITO表面的移動(dòng)離子擴(kuò)散，因?yàn)镮TO表面使有機(jī)材料變粗糙并結(jié)晶。可以合理地說，表面殘留的副產(chǎn)物引起了表面污染，導(dǎo)致了有機(jī)發(fā)光二極管的降解，在室溫下用9 M HCl和9 M王水蝕刻后，ITO的表面形態(tài)分別如圖(a)和(b)所示與王水相比，HCl可以更好地蝕刻ITO。

總之，我們已經(jīng)證明了溶劑對(duì)產(chǎn)生ITO圖案的影響，溶劑的主要影響是ITO表面上殘留的副產(chǎn)物，這通過各種測(cè)量如XPS、EDS和SEM觀察到，ITO膜遷移率的降低顯然是由殘留的副產(chǎn)物氯化物引起的，氯化物起到離子化雜質(zhì)散射的作用，從XPS譜圖可以看出，王水腐蝕后ITO膜表面殘留的副產(chǎn)物比鹽酸多。如在蝕刻過程之后的ITO圖案中所見，由于快速的蝕刻率，在王水中出現(xiàn)了嚴(yán)重的底切。各種表征表明，在ITO蝕刻過程中，室溫下的9 M HCl溶液適于在有機(jī)發(fā)光二極管上產(chǎn)生ITO圖案。

審核編輯：符乾江