Synthese eines neuartigen Precursorsystems und dessen Applikation zu Herstellung von Indium-Zinnoxid-Schichten

Abstract

Ein neuartiges Konzept zur Herstellung von Schichten aus Indium-Zinnoxid (ITO) wurde entwickelt. Durch zielgerichtete chemische Synthese wurde ein quasi-Single-Source-Precursorsystem hergestellt und charakterisiert, in dem die einzelnen Komponenten durch ein dynamisches Gleichgewicht miteinander verknüpft sind. Das Precursorsystem wurde aus einer alkoholischen Lösung im Sol-Gel-Prozess mittels Spin-Coating auf Glassubstrate aufgebracht. Durch eine anschließende Kristallisation unter Inertgas ist eine Disproportionierung des zweiwertigen Zinns im Precursor zu beobachten. Eine nachgeschaltete Temperung der so erhaltenen ITO-Schichten unter reduzierenden Bedingungen entfällt durch dieses Verfahren. Die Schichten weisen eine hohe optische Transparenz von über 90% im sichtbaren Bereich mit nur minimaler Trübung auf. Durch diese Technik konnte ein spezifischer Schichtwiderstand einer 40nm dicken Einzelschicht von 1 x 10-3 Ωcm erreicht werden. Ebenso wurden im Rahmen dieser Arbeit ITO-Nanopartikel aus dem quasi-Single-Source-Precursor hergestellt und zur Sol-Gel-Abscheidung redispergierter Beschichtungssole verwendet. Durch die Zugabe eines UV-härtbaren Binders auf Polymerbasis konnten so optisch hochwertige ITO-Schichten ohne thermische Aushärtung hergestellt werden. Ebenso wurde das Precursorsystem zur Abscheidung von Schichten im CVD-Prozess verwendet. Es konnten kristalline ITO-Schichten mit guten elektrischen und optischen Eigenschaften erhalten werden. Zusätzlich wurde unter veränderten Prozessparametern wie Temperatur und Beschichtungszeit die Bildung von hochorientierten, einkristallinen Nanostrukturen aus einer Indium-Zinnlegierung beobachtet.

A novel concept for producing coatings of Indium-Tin-Oxide (ITO) has been developed. Therefore, a quasi-Single-Source-Precursor was assembled by Molecular Design and characterised in which the individual components are linked to each other by a dynamic equilibrium. An alcoholic solution of the precursor was used for the sol-gel-process to coat glass substrates via spin-coating-technique. Subsequent crystallisation under inert atmospheric conditions leads to a disproportionation of the bivalent tin in the precursor. With this method, a post-treatment of the as-prepared ITO-layers under reducing conditions can be omitted. The coatings show high optical transparency over 90% in the visible range with minimal haze. By this technique, a specific electrical resistance of 1 x 10-3 Ωcm can be achieved for single coatings of 40nm thickness. Furthermore, ITO-nanoparticles could be obtained from the Single-Source-Precursor and used for sol-gel-deposition of redispersed sols. By adding a polymeric UV-hardening agent, ITO-coatings of high optical quality were produced without thermal heat treatment. Additionally, the precursor system was used in the CVD-process to obtain crystalline ITO-layers with good electrical and optical characteristics. Under certain process parameters such as temperature and time, the growth of highly oriented, monocrystalline nanostructures of an Indium-Tin-alloy, could be observed.