透明导电薄膜的红外可见光兼容隐身的厚度依赖性研究

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0052

人工晶体学报 ›› 2025, Vol. 54 ›› Issue (9): 1614-1621.DOI: 10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0052

透明导电薄膜的红外可见光兼容隐身的厚度依赖性研究

杨季薇¹(), 董玲¹, 谷东¹, 徐华蕊¹^,², 赵昀云¹, 杨涛¹, 李海平¹, 李杰¹, 朱归胜¹()

^1.桂林电子科技大学材料科学与工程学院，电子信息材料与器件教育部工程研究中心，广西信息材料重点实验室，桂林 541000
^2.广西北部湾大学石油与化工学院，钦州 535011

收稿日期:2025-03-16 出版日期:2025-09-20 发布日期:2025-09-23
通信作者: 朱归胜
作者简介:杨季薇（1999—），女，四川省人，硕士研究生。E-mail：2294325088@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金(62364007);国家自然科学基金(U21A2065);广西科技计划(桂科AA21077018);广西科技计划(桂科AD23023013);广西科技计划(桂科AB23075218);桂林市科学研究与技术开发计划项目(20220120-1)

Thickness-Dependent Study of Infrared-Visible Compatible Stealth in Transparent Conductive Thin Films

YANG Jiwei¹(), DONG Ling¹, GU Dong¹, XU Huarui¹^,², ZHAO Yunyun¹, YANG Tao¹, LI Haiping¹, LI Jie¹, ZHU Guisheng¹()

^1.Guangxi Key Laboratory of Information Materials，Engineering Research Centre of the Ministry of Education for Electronic Information Materials and Devices，School of Materials Science and Engineering，Guilin University of Electronic Science and Technology，Guilin 541000，China
^2.School of Petroleum and Chemical Engineering，Beibuwan University，Qinzhou 535011，China

Received:2025-03-16 Online:2025-09-20 Published:2025-09-23
Contact: ZHU Guisheng

摘要/Abstract

摘要： 采用直流（DC）磁控溅射法，通过对透明导电薄膜氧化铟锡（ITO）进行结构调控，分析其中的载流子浓度、迁移率等变化，着重探究了薄膜的厚度对红外波段反射率的影响，诠释了薄膜厚度与光电性能之间的构效关系。通过设定特定的溅射功率、衬底温度、气氛控制ITO薄膜的薄膜厚度，得到了100~500 nm厚度的薄膜，实现了高（400）取向、高红外反射率、高可见光透过率的氧化铟锡薄膜的制备。构建的特殊膜层厚度，构成了协同的载流子浓度与迁移率，缓解了一部分漫反射的影响，在膜厚为400 nm时，平均可见光透过率为89.51%，实现了2.5~15 μm宽谱段97.37%的平均红外反射率。且所得薄膜品质因数高达815.19×10^-4 Ω^-1，显著优于已报道的透明导电薄膜体系，解决了可见光与红外兼容隐身的问题，为频谱兼容光学隐身材料及智能窗的制备提供了新的思路。

关键词: 氧化铟锡薄膜; 直流磁控溅射; 红外隐身; 厚度; 光电性能; 霍尔参数

Abstract: The indium tin oxide （ITO） transparent conductive thin films were prepared by DC magnetron sputtering. The relationship between film thickness and optoelectronic properties was investigated. Structural modulation of ITO thin films was performed to analyze carrier concentration and mobility. Special emphasis was placed on examining the influence of film thickness on infrared wavelength reflectivity. By setting specific sputtering power， substrate temperature， and atmosphere to control the thickness of ITO thin films， films with a thickness of 100~500 nm were obtained， and the preparation of ITO thin films with preferred （400） orientation， high infrared reflectivity， and high visible transmittance was achieved. The special film thickness constructed constitutes a synergistic carrier concentration and mobility， which mitigates part of the effect of diffuse reflection， and the films exhibit unique interfacial properties and energy states under the condition of a film thickness of 400 nm， and an average visible transmittance of 89.51% is obtained to achieve an average infrared reflectance of 97.37% in a wide spectral band of 2.5~15 μm. And the resulting film quality factor is as high as 815.19×10^-4 Ω^-1， which is significantly better than that of the reported transparent conductive thin film system， solving the problem of visible light and infrared-compatible stealth， and providing a new way of thinking for the preparation of spectrum-compatible optical stealth materials and smart windows.

Key words: indium tin oxide thin film; DC magnetron sputtering; infrared stealth; thickness; optical property; Hall parameter

中图分类号:

杨季薇, 董玲, 谷东, 徐华蕊, 赵昀云, 杨涛, 李海平, 李杰, 朱归胜. 透明导电薄膜的红外可见光兼容隐身的厚度依赖性研究[J]. 人工晶体学报, 2025, 54(9): 1614-1621.

YANG Jiwei, DONG Ling, GU Dong, XU Huarui, ZHAO Yunyun, YANG Tao, LI Haiping, LI Jie, ZHU Guisheng. Thickness-Dependent Study of Infrared-Visible Compatible Stealth in Transparent Conductive Thin Films[J]. Journal of Synthetic Crystals, 2025, 54(9): 1614-1621.

图/表 9

图1 薄膜材料的溅射过程示意图

Fig.1 Schematic diagram of the sputtering process of thin film materials

图2 不同厚度下的ITO的XRD图谱

Fig.2 XRD patterns of ITO with different thicknesses

图3 不同厚度ITO薄膜截面和表面的SEM照片

Fig.3 SEM images of cross-section and surface of ITO thin films with different thicknesses

图4 不同厚度ITO薄膜的三维AFM照片

Fig.4 3D AFM images of ITO thin films with different thicknesses

图5 400 nm厚的ITO薄膜的XPS图

Fig.5 XPS of 400 nm-thick ITO thin films

图6 不同厚度的ITO薄膜的光学性能

Fig.6 Optical properties of ITO thin films with different thicknesses

图7 不同厚度的ITO薄膜的电学性能

Fig.7 Electrical properties of ITO thin films with different thicknesses

表1 不同厚度ITO薄膜的方阻、可见光透射率、红外反射率、电阻、载流子浓度、载流子迁移率

Table 1 Square resistance， visible transmittance， infrared reflectance， electrical resistance， carrier concentration， carrier mobility of ITO thin films with different thicknesses

Sample	Thickness/nm	Sheet resistance/（Ω·□^-1）	UV-visible transmittance （400~800 nm）/%	Infrared reflectance （2 500~16 000 nm）/%	Resistivity/（10^-4 Ω·cm）	Carrier concentration/（10²⁰ cm^-3）	Hall mobility/（cm²·V^-1·s^-1）
1	100	30	91.45	81.95	4.69	7.54	17.70
2	200	9.8	93.14	92.28	2.94	9.83	21.60
3	300	7.73	91.97	95.50	2.71	9.11	25.30
4	400	4.05	89.51	97.37	1.62	16.5	23.30
5	500	3.62	85.51	96.30	1.81	16.8	20.60

表2 以往文献报道的ITO薄膜红外材料的光电性能

Table 2 Photovoltaic properties of ITO thin film infrared materials reported in previous literature

Electrode thickness/nm	Resistivity/（10^-4 Ω·cm）	UV-visible transmittance （400~800 nm）/%	Infrared reflectance （2 500~15 000 nm）/%	FOM/（10^-4 Ω^-1）	Ref.
ITO-100	1.94	86.42	86.00	128.34	［19］
PET/ITO-250	5.08	75.20	70.21	19.27	［20］
PET/ITO-660	9.71	66.50	80.00	11.27	［20］
ITO-908	1.384	88.34	86.37	600.01	［21］
ITO-584	2.6	87.10	75.00	286.21	［10］
ITO-1031	1.44	88.49	89.18	—	［22］
ITO-400	1.62	89.51	97.37	815.19	This work

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透明导电薄膜的红外可见光兼容隐身的厚度依赖性研究

Thickness-Dependent Study of Infrared-Visible Compatible Stealth in Transparent Conductive Thin Films

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