非反应直流与脉冲高功率磁控溅射制备高性能氧化铟锡薄膜：光学与电学特性优化研究

本综述系统比较了非反应直流磁控溅射（DcMS）与脉冲高功率脉冲磁控溅射（c-HiPIMS）技术在氧化铟锡（ITO）薄膜制备中的性能差异。研究表明，c-HiPIMS在低压条件（<1 Pa）下可实现更高透光率（>80%）和更低电阻率（达10-4 Ω·cm），且无需额外加热与氧气供应，为柔性电子与光电器件提供了更高效、稳定的工业化沉积方案。

　　

Highlight

Materials and Methods

氧化铟锡（ITO）薄膜采用Cross-field PVD 400非平衡磁控溅射系统沉积，分别使用直流磁控溅射（DcMS）与脉冲高功率脉冲磁控溅射（c-HiPIMS）技术。直流电源（GX ADL GmbH）驱动DcMS过程，而脉冲单元（SPIK3000A-MELEC GmbH）将直流电源转换为c-HiPIMS所需的脉冲功率。采用矩形单质靶材（56.8×11.8×1 cm3），成分为90 wt% In₂O₃与10 wt% SnO₂。

Results and discussions

为对比HiPIMS与c-HiPIMS的沉积速率差异，研究在相同占空比与频率下沉积ITO薄膜。如表2所示，c-HiPIMS的沉积速率较HiPIMS提升25%。更短的脉冲导通时间可降低电离分数并减少金属离子反向吸附，从而显著提高沉积效率。Konstantinidis等人[33]的研究也印证了这一机制。

Conclusion

通过DcMS与c-HiPIMS技术在不额外退火的条件下成功沉积ITO薄膜。研究揭示了沉积压力对单质靶材制备的ITO薄膜结构、光学与电学性能的调控作用：所有薄膜均呈现非晶结构；工作压力升高可提升薄膜透光率；DcMS制备的薄膜光学带隙随压力变化显著，而c-HiPIMS在0.2–1 Pa区间内表现出更高且稳定的品质因子（Figure of Merit），印证了该技术在非反应模式下的工艺稳定性。