溶剂对ITO电极蚀刻的影响

本文研究了室温下盐酸和王水溶剂对ITO膜腐蚀行为的影响，在王水中比在盐酸中获得更高的蚀刻速率，然而，通过XPS分析，发现在王水蚀刻剂中比在HCl中有更多的表面残留副产物，在王水和HCl中的表面浓度(氯与铟的比率)分别为7.2和0.38，还观察到，由于离子化杂质散射，表面残留副产物降低了载流子迁移率，如在蚀刻过程后的ITO图案中所见，由于快速蚀刻速率，王水发生了严重的底切，因此，9 M HCl溶液更适合作为ITO/有机发光二极管应用的蚀刻剂。

本研究中采用了ITO镀膜玻璃，因为它的薄层电阻低，在可见光区的透明度高(90%)，在蚀刻过程开始之前，样品 依次用丙酮、甲醇、去离子水清洗，用N2气体干燥，用不同浓度和温度的盐酸(HCl)和水溶液(硝酸与盐酸的体积比为1:3)进行蚀刻实验，将ITO玻璃垂直浸入蚀刻溶液中，在蚀刻过程中不搅拌，在ITO蚀刻过程之后，进行各种表征。

用能量色散谱(EDS)、霍尔测量和扫描电镜(SEM)分别测量了腐蚀前后ITO膜的表面余氯、载流子浓度、迁移率和表面形貌，此外，通过单色 X射线源进行X射线光电子能谱(XPS)测量，在这项工作中报道的所有结合能(BE)都是参考285.3 eV处碳C 1s峰的结合能。此外，用椭偏仪监测腐蚀前后ITO膜的厚度。

在本研究中，使用HCl和王水作为蚀刻溶液，蚀刻反应是 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)是反应焓，它的代数符号表示反应是吸热的还是放热的，当oh的符号为正时，反应是吸热的。

图中显示了蚀刻速率与蚀刻溶液的关系，很明显，蚀刻速率随着HCl和王水浓度的增加而增加，王水的蚀刻速率大于HCl的蚀刻速率，因为它含有硝酸，在王水和盐酸中，腐蚀速率的显著转折点分别出现在5m和7 M处，这种现象是水溶液中离解酸活性降低的结果，蚀刻温度对ITO膜的蚀刻速率有很大影响，蚀刻速率随着蚀刻温度的增加而增加的事实是热能加速了氯(Cl)、铟(In)和锡(Sn)之间的反应的结果，蚀刻过程在5至45℃下进行。

此外，硝酸也增强了蚀刻速率。王水的蚀刻速率约为194分钟，这通常有利于工业生产 审判过程，担心的是，随着反应温度的升高，ITO表面上的残余氯会扩散到ITO膜中，出于操作控制的目的，蚀刻温度保持在室温。

在固定时间段内作为蚀刻剂的函数的载流子迁移率，在王水和盐酸中，腐蚀液浓度分别为1米和3 米时，ITO薄膜的载流子迁移率有显著变化，载流子迁移率的上升是由于ITO表面的碳(C)污染量随着低浓度下蚀刻剂浓度的增加而减少，在高浓度范围内，载流子迁移率随着蚀刻剂浓度的增加而迅速降低，可以推测迁移率的降低是因为Sn原子从间隙态或晶界扩散出来，并被认为是散射中心。

(1) 表示反应副产物是氯化物，这导致ITO表面上的电性能降低，这解释了为什么王水的流动性总是小于盐酸，有机发光二极管的降解机理归因于来自ITO表面的移动离子扩散，因为ITO表面使有机材料变粗糙并结晶。可以合理地说，表面残留的副产物引起了表面污染，导致了有机发光二极管的降解，在室温下用9 M HCl和9 M王水蚀刻后，ITO的表面形态分别如图(a)和(b)所示与王水相比，HCl可以更好地蚀刻ITO。

总之，我们已经证明了溶剂对产生ITO图案的影响，溶剂的主要影响是ITO表面上残留的副产物，这通过各种测量如XPS、EDS和SEM观察到，ITO膜迁移率的降低显然是由残留的副产物氯化物引起的，氯化物起到离子化杂质散射的作用，从XPS谱图可以看出，王水腐蚀后ITO膜表面残留的副产物比盐酸多。如在蚀刻过程之后的ITO图案中所见，由于快速的蚀刻率，在王水中出现了严重的底切。各种表征表明，在ITO蚀刻过程中，室温下的9 M HCl溶液适于在有机发光二极管上产生ITO图案。

审核编辑：符乾江