CN204265837U - 一种ito膜磁控溅射磁悬浮车靶均匀加热装置 - Google Patents
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Abstract
一种ITO膜磁控溅射磁悬浮车靶均匀加热装置，确保在大型连续性生产氧化铟锡膜中，通过控制对磁控溅射磁悬浮车靶的各部位的加热温度，使ITO薄膜得到整版均匀性良好的电阻，电阻率达到2×10-4Ω/cm、透过率达到90％以上；明显提高ITO薄膜的产品质量，大大提高工作效率，节约生产成本，延长使用寿命2倍以上，确实节能环保。是由：连续性真空磁控溅射镀膜设备室，真空室温控门，真空门加热器，真空门均温加热器，磁控溅射磁悬浮车靶装置，真空墙体上加热器，真空墙体中间加热器，真空墙体下加热器，真空室温控后墙体，钐钴磁铁装置构成；连续性真空磁控溅射镀膜设备室的一侧设置真空室温控门，另一侧设置真空室温控后墙体。
Description
技术领域
本发明涉及ITO膜加热装置，尤其是一种ITO膜磁控溅射磁悬浮车靶均匀加热装置。
背景技术
ITO透明导电膜即掺杂铟锡氧化物薄膜，简称ITO薄膜，是Indium Tin Oxide的缩写。ITO薄膜是一种n型半导体材料，其具有许多优异的物理、化学性能，例如较高的可见光透过率和导电率，与大部分衬底具有良好的附着性，较强的硬度及良好的抗酸、碱及有机溶剂能力，因此，被广泛应用于光电器件中。比如：液晶显示器(LCD)，等离子显示器(PDP)，电极放光显示器(EL/OLED)，触摸屏，太阳能电池及其他电子仪表中。
目前，ITO薄膜的制备方法很多，常见的有：喷涂法、真空蒸发法、化学气相沉积、反应离子注入以及磁控溅射等。在这些制备方法中，目前磁控溅射法是用的最普遍的。由于磁控溅射具有良好的可控性和易于获得大面积均匀的薄膜，因此被广泛应用于显示器件中ITO薄膜的制备。磁控溅射制备ITO薄膜，主要是利用直流(DC)电源在Ar溅射气体和充分氧化Ar/O2混合气体中产生等离子体，对In-Sn合金靶或In2O3，SnO2氧化物靶或陶瓷靶进行轰击，以便在各种衬底上获得ITO薄膜。在制备工艺条件如靶中锡含量、沉积速率、衬底温度、溅射功率、及后续退火处理，都对ITO薄膜的光电特性有极大的影响；但是，现有的技术在玻璃衬底上低温制备ITO薄膜光学性能差，薄膜氧化不完全，结构不完整；尤其在对不同种温度条件下的ITO薄膜晶体结构和电阻，不能准确有效的调节控制温度来控制电阻的均匀性，降低了ITO薄膜的产品质量，以及生产的工作效率，增加了生产成本，影响显示器、及仪器的使用寿命；是本领域生产发展中的瓶颈，不能满足用户和市场的需求。
鉴于上述原因，现有的ITO膜加热装置需要创新。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种ITO膜磁控溅射磁悬浮车靶均匀加热装置，确保在大型连续性生产氧化铟锡膜中，通过控制对磁控溅射磁悬浮车靶的各部位的加热温度，使ITO薄膜得到整版均匀性良好的电阻，电阻率达到2×10-4Ω/cm、透过率达到90％以上；明显提高ITO薄膜的产品质量，大大提高工作效率，节约生产成本，延长使用寿命2倍以上，确实节能环保。
本实用新型为了实现上述的目的，采用如下的技术方案：
一种ITO膜磁控溅射磁悬浮车靶均匀加热装置，是由：连续性真空磁控溅射镀膜设备室1，真空室温控门2，真空门加热器3，真空门均温加热器3-1，磁控溅射磁悬浮车靶装置4，真空墙体上加热器5，真空墙体中间加热器6，真空墙体下加热器7，真空室温控后墙体8，钐钴磁铁装置9构成；其特征在于：连续性真空磁控溅射镀膜设备室1的一侧设置真空室温控门2，另一侧设置真空室温控后墙体8；真空室温控后墙体8与真空室温控门2之间对应设置磁控溅射磁悬浮车靶装置4，磁控溅射磁悬浮车靶装置4上方对应设置钐钴磁铁装置9。
真空室温控门2一侧设置至少一列真空门加热器3，每列真空门加热器3横向均布设置为至少三个；且每列真空门加热器3的两侧分别竖向设置至少一个真空门均温加热器3-1。
真空室温控门2一侧设置两列真空门加热器3，每列真空门加热器3横向均布设置为五个；且每列真空门加热器3的两侧分别竖向设置一个真空门均温加热器3-1。
真空室温控后墙体8上部一侧设置至少一个真空墙体上加热器5，真空室温控后墙体8下部一侧设置至少一个真空墙体下加热器7；真空墙体下加热器7与真空墙体上加热器5之间设置至少一个真空墙体中间加热器6。
真空室温控后墙体8上部一侧横向均布设置两个真空墙体上加热器5，真空室温控后墙体8下部一侧横向均布设置至少两个真空墙体下加热器7；每个真空墙体下加热器7与真空墙体上加热器5之间纵向均布设置五个真空墙体中间加热器6。
真空门加热器3、真空门均温加热器3-1与真空墙体上加热器5、真空墙体中间加热器6、真空墙体下加热器7均设置为矩形栅栏状结构，分别设置于磁控溅射磁悬浮车靶装置4两侧。
本实用新型的工作原理是：ITO薄膜制备采用直流磁控溅射设备，用含10％SnO2的In2O3的粉末经热等静压烧结的陶瓷靶材，在真空的条件下，通入溅射气体Ar气和加入少量作为补充成分的氧气O2，在清洁的玻璃基片上沉积ITO薄膜。工艺条件为：本底真空度：6.8×10-4Pa，溅射时工作压强为：0.5Pa，Ar流量为：150Sccm，O2流量为：5Sccm，小车行进节拍：1.0m/min，溅射功率为4.5KW，基板衬底温度依次为：150℃、200℃、250℃、300℃和350℃。(见表1)是不同温度下制备ITO薄膜的相应光电性能：可以看出，上述表格给出了在膜厚均为30nm，不同基板衬底温度条件下，ITO薄膜的方块电阻、电阻率、是随玻璃基板温度的上升而下降，可见光透过率是在随玻璃基板温度的上升在升高，尤其可以看出在玻璃基板温度逐步上升的过程中电阻的变化是很明显的，说明薄膜在衬底温度不同时对应电阻是不一样的，也说明电阻是可用温度来操控的。我们在实验中，在其它工艺条件不变的情况下，通过多次改变衬底的温度来看电阻和透光率的变化情况，在我们连续镀膜设备中实验，从玻璃基板预热到成膜温度再到镀膜退火温度的掌控至关重要。在低温下沉积的ITO薄膜通常都是非结晶结构的，薄膜基本呈金属态，大量的缺陷对掺杂元素的扩散起到了很大的阻碍作用，产生的局部能级对电子产生很大的束缚作用。另外由于晶粒尺寸较小，大量的晶界对电子有强烈的散射作用，从而使电子的传导作用降低，当随着温度的逐步升高，对掺杂效应有很大影响的缺陷也大大减小，载流子浓度大幅度增加。同时由于薄膜微观结构的结晶化，晶粒长大，晶界对载流子的散射也减弱，从而使载流子的迁移率得到提高，薄膜的电导率得到明显提高。
(表1)：
| 序号 | 温度/℃ | 膜厚/nm | 方阻/Ω | 电阻率/Ω·cm | 透过率/％ |
| 1 | 150 | 30 | 12535 | 3.7×10-2 | 83.2 |
| 2 | 200 | 30 | 55５ | 1.6×10-3 | 85.1 |
| 3 | 250 | 30 | 332 | 1.0×10-3 | 85.8 |
| 4 | 300 | 30 | 201 | 6.0×10-4 | 86.3 |
| 5 | 350 | 30 | 70 | 2.1×10-4 | 86.4 |
ITO薄膜材料的电阻对温度的变化是相当的敏感的，在50℃-200℃左右，样品的方块电阻(R□)随温度的升高呈较快下降的趋势，200℃-350℃，样品的方块电阻(R□)随温度的升高呈缓慢的下降，当温度上升到一个临界点后电阻又呈现出上升趋势。当温度从室温升高时，电子动能加大，载流子穿越势垒的能力随之提高。当温度进一步提高时，电子动能急巨增加，它们穿越势垒的能力也急巨加大，R□随之减小，直到一个临界温度点附近时温度对电导的贡献趋于饱和。当温度再增加时，载流子动能更高，但它们在各个方向的布朗运动也显著起来，当这种运动强到外电场难以约束的情况下，电导又开始减小，此时的势垒散射已不具有主要作用了。温度越高这种无序运动越显著，R□也会急剧增加。
经过我们的长期大量的试验，在衬底温度为250℃-350℃时做出来的ITO薄膜，其光学性能是较趋于稳定和结晶比较好的。在我们实际连续性磁控溅射镀膜设备上，对于电阻的稳定掌控首先就是真空镀膜设备加热温度的稳定掌控，在镀膜温度掌控好后，连续性生产时电阻才不会出现乱阻的现象。在大型连续性真空磁控溅射镀膜设备设计上，我们根据加热器位置的不同，来对应镀膜小车玻璃成膜位置。以前我们镀膜电阻不好的时候，普遍的就是去改工艺罩板来达到较好均匀的电阻。在我们改工艺罩时就无可避免的要停下设备，而我们现在就是在保证ITO薄膜各个方面性能的同时去对加热器对应基板区的温度进行调节，来达到较好均匀的电阻，其避免了因电阻的不好而停机。
在生产中我们根据电阻位置的不同去改变对应温度来达到有良好整版均匀的电阻，如：当整版小车玻璃电阻上下边缘偏高中间电阻偏小的时候，我们就将上下加热器温度提高或是将中间整体温度升高。当整版小车玻璃电阻上下边缘偏低中间高的时候，我们就将上下加热器温度降低或是将中间整体温度降低。当单上边或是单下边电阻偏高或是偏小的时候，我们就把对应区域上边或是下边温度根据电阻高的升温，电阻低就降温，以便得到整版均匀性较好的电阻。
对于我们在大型连续性镀膜生产中通过温度来控制电阻的均匀性已经在我司得到良好的应用，为了保护本公司投入的大量技术力量和财力不被他人所模仿或侵占，本公司特提出申请“改变温度来控制电阻”技术专利。以上内容是对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
本实用新型的有益效果是：加热的结构及其方法简单，设计科学合理，使用方便、操作容易快捷；确保在大型连续性生产氧化铟锡膜中，通过控制对磁控溅射磁悬浮车靶的各部位的加热温度，使ITO薄膜得到整版均匀性良好的电阻，电阻率达到2×10-4Ω/cm、透过率达到90％以上；明显提高ITO薄膜的产品质量，大大提高工作效率，节约生产成本，延长使用寿命2倍以上，确实节能环保。
本实用新型经过长期大量实验，优化如靶中锡含量、沉积速率、衬底温度、溅射功率、及后续退火处理等这些工艺参数后，可以获得具有较高的导电率和可见光透过率的优质ITO薄膜。
本实用新型在玻璃衬底上制备的ITO薄膜的电阻率达到2×10-4Ω/cm和透过率达到90％以上。所以用磁控溅射技术在玻璃衬底上，可以制备出良好ITO透明导电薄膜，在其制备的同时我们对不同基底温度(150℃-350℃)条件下制备薄膜的电阻情况进行了深入研究，现有技术中在玻璃衬底上低温制备ITO薄膜光学性能差的时候，往往笼统的被解释为薄膜氧化不完全，结构不完整，本发明经长期大量的实验，因此在对不同种温度条件下的ITO薄膜晶体结构和电阻得出了一些新的结果(见表1、或图5)。节约了大量时间和能源，降低生产成本，经济效益良好，便于推广；突破了液晶显示器(LCD)，等离子显示器(PDP)，电极放光显示器(EL/OLED)，触摸屏，太阳能电池及其他电子仪表中，在本领域生产发展中的瓶颈，满足用户和市场的需求。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
图1是本实用新型的总装结构示意图；
图2是图1中真空室温控门的结构示意图；
图3是图1中真空室温控后墙体的结构示意图；
图4是图1中磁控溅射磁悬浮车靶装置的结构示意图；
图5是本实用新型中的方块电阻(方阻R□)和可见光透过率与温度的关系示意图；
图1、2、3、4中：连续性真空磁控溅射镀膜设备室1，真空室温控门2，真空门加热器3，磁控溅射磁悬浮车靶装置4，真空墙体上加热器5，真空墙体中间加热器6，真空墙体下加热器7，真空室温控后墙体8，钐钴磁铁装置9。
具体实施方式
下面结合实施例和附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：
如图所示，连续性真空磁控溅射镀膜设备室1的一侧设置真空室温控门2，另一侧设置真空室温控后墙体8；真空室温控后墙体8与真空室温控门2之间对应设置磁控溅射磁悬浮车靶装置4，磁控溅射磁悬浮车靶装置4上方对应设置钐钴磁铁装置9。
真空室温控门2一侧设置至少一列真空门加热器3，每列真空门加热器3横向均布设置为至少三个；且每列真空门加热器3的两侧分别竖向设置至少一个真空门均温加热器3-1。
真空室温控门2一侧设置两列真空门加热器3，每列真空门加热器3横向均布设置为五个；且每列真空门加热器3的两侧分别竖向设置一个真空门均温加热器3-1。
真空室温控后墙体8上部一侧设置至少一个真空墙体上加热器5，真空室温控后墙体8下部一侧设置至少一个真空墙体下加热器7；真空墙体下加热器7与真空墙体上加热器5之间设置至少一个真空墙体中间加热器6。
真空室温控后墙体8上部一侧横向均布设置两个真空墙体上加热器5，真空室温控后墙体8下部一侧横向均布设置至少两个真空墙体下加热器7；每个真空墙体下加热器7与真空墙体上加热器5之间纵向均布设置五个真空墙体中间加热器6。
真空门加热器3、真空门均温加热器3-1与真空墙体上加热器5、真空墙体中间加热器6、真空墙体下加热器7均设置为矩形栅栏状结构，分别设置于磁控溅射磁悬浮车靶装置4两侧。
Claims (6)
1.一种ITO膜磁控溅射磁悬浮车靶均匀加热装置，是由：连续性真空磁控溅射镀膜设备室(1)，真空室温控门(2)，真空门加热器(3)，真空门均温加热器(3-1)，磁控溅射磁悬浮车靶装置(4)，真空墙体上加热器(5)，真空墙体中间加热器(6)，真空墙体下加热器(7)，真空室温控后墙体(8)，钐钴磁铁装置(9)构成；其特征在于：连续性真空磁控溅射镀膜设备室(1)的一侧设置真空室温控门(2)，另一侧设置真空室温控后墙体(8)；真空室温控后墙体(8)与真空室温控门(2)之间对应设置磁控溅射磁悬浮车靶装置(4)，磁控溅射磁悬浮车靶装置(4)上方对应设置钐钴磁铁装置(9)。
2.根据权利要求1所述的一种ITO膜磁控溅射磁悬浮车靶均匀加热装置，其特征在于：真空室温控门(2)一侧设置至少一列真空门加热器(3)，每列真空门加热器(3)横向均布设置为至少三个；且每列真空门加热器(3)的两侧分别竖向设置至少一个真空门均温加热器(3-1)。
3.根据权利要求2所述的一种ITO膜磁控溅射磁悬浮车靶均匀加热装置，其特征在于：真空室温控门(2)一侧设置两列真空门加热器(3)，每列真空门加热器(3)横向均布设置为五个；且每列真空门加热器(3)的两侧分别竖向设置一个真空门均温加热器(3-1)。
4.根据权利要求1所述的一种ITO膜磁控溅射磁悬浮车靶均匀加热装置，其特征在于：真空室温控后墙体(8)上部一侧设置至少一个真空墙体上加热器(5)，真空室温控后墙体(8)下部一侧设置至少一个真空墙体下加热器(7)；真空墙体下加热器(7)与真空墙体上加热器(5)之间设置至少一个真空墙体中间加热器(6)。
5.根据权利要求4所述的一种ITO膜磁控溅射磁悬浮车靶均匀加热装置，其特征在于：真空室温控后墙体(8)上部一侧横向均布设置两个真空墙体上加热器(5)，真空室温控后墙体(8)下部一侧横向均布设置至少两个真空墙体下加热器(7)；每个真空墙体下加热器(7)与真空墙体上加热器(5)之间纵向均布设置五个真空墙体中间加热器(6)。
6.根据权利要求1、或2、或3、或4、或5所述的一种ITO膜磁控溅射磁悬浮车靶均匀加热装置，其特征在于：真空门加热器(3)、真空门均温加热器(3-1)与真空墙体上加热器(5)、真空墙体中间加热器(6)、真空墙体下加热器(7)均设置为矩形栅栏状结构，分别设置于磁控溅射磁悬浮车靶装置(4)两侧。
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| CN201420770327.2U CN204265837U (zh) | 2014-11-29 | 2014-11-29 | 一种ito膜磁控溅射磁悬浮车靶均匀加热装置 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN104372302A (zh) * | 2014-11-29 | 2015-02-25 | 洛阳康耀电子有限公司 | 一种ito膜磁控溅射磁悬浮车靶均匀加热装置及其方法 |
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2014
- 2014-11-29 CN CN201420770327.2U patent/CN204265837U/zh active Active
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| CN104372302A (zh) * | 2014-11-29 | 2015-02-25 | 洛阳康耀电子有限公司 | 一种ito膜磁控溅射磁悬浮车靶均匀加热装置及其方法 |
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