Оксид индия-олова (ITO): свойства, формы поставки, нанесение и применение

Оксид индия-олова (Indium Tin Oxide, ITO) — это прозрачный проводящий оксид (TCO), представляющий собой твердый раствор оксида индия (III) In₂O₃ и оксида олова (IV) SnO₂. Материал широко применяется в микроэлектронике, фотовольтаике и оптоэлектронных устройствах благодаря сочетанию высокой оптической прозрачности в видимом диапазоне и низкого электрического сопротивления.

Что такое оксид индия-олова — простое объяснение

Если упростить, ITO — это прозрачный материал, который способен проводить электрический ток. В чистом виде оксид индия является полупроводником, а добавление оксида олова создаёт избыточные носители заряда (электроны), что снижает сопротивление материала без потери прозрачности.

Химический состав и фазовая природа ITO

В промышленности ITO получают как твердый раствор SnO₂ в In₂O₃. Наиболее распространённое массовое соотношение компонентов составляет примерно 90% In₂O₃ и 10% SnO₂.

• Химический состав: In₂O₃ : SnO₂ ≈ 90:10 (мас.%);
• CAS: 50926-11-9;
• Тип проводимости: n-типа;
• Чистота: 99,99% (4N) – 99,999% (5N).

Важно учитывать, что ITO не является индивидуальным химическим соединением, поэтому не имеет строго фиксированной температуры плавления. Для керамических заготовок и мишеней характерен диапазон 1500–1900 °C, зависящий от состава и кислородного потенциала среды.

Физико-химические и электрические свойства

Оптические свойства

Тонкие плёнки ITO толщиной порядка 100–300 нм обладают высокой прозрачностью в видимом диапазоне (обычно более 80–85%) и повышенным отражением в инфракрасной области спектра, что используется в энергосберегающих покрытиях.

Электропроводность и поверхностное сопротивление

Ключевой эксплуатационный параметр ITO — поверхностное сопротивление, которое для промышленных покрытий обычно находится в диапазоне 5–100 Ом/□ в зависимости от:

• метода нанесения;
• температуры подложки;
• толщины плёнки;
• соотношения In₂O₃/SnO₂.

Формы поставки оксида индия-олова

Для промышленного использования материал поставляется в формах, адаптированных под конкретные технологические процессы:

• мишени для магнетронного распыления (дисковые, прямоугольные, составные);
• таблетки и бруски для испарения;
• гранулы и пеллеты;
• мелкодисперсный порошок.

Поставка оксида индия-олова и других функциональных оксидов осуществляется в рамках номенклатуры технических материалов (оксиды и керамические материалы).

Методы нанесения ITO-покрытий

Магнетронное распыление

Наиболее распространённый промышленный метод. Процесс ведётся в вакууме в атмосфере аргона с контролируемой добавкой кислорода. Для получения минимального сопротивления плёнки требуется нагрев подложки до 300–400 °C.

Электронно-лучевое испарение

Используется при необходимости точного контроля толщины и состава покрытия. Метод обеспечивает высокую чистоту слоя, но требует сложного вакуумного оборудования.

Ограничения низкотемпературных процессов

При нанесении ITO на полимерные подложки (PET и аналоги) без нагрева плёнки имеют повышенное сопротивление и пониженную адгезию, что ограничивает срок их эксплуатации.

Области применения ITO в промышленности

• Дисплейные технологии: прозрачные электроды LCD и OLED;
• Фотовольтаика: тонкоплёночные солнечные элементы;
• Энергоэффективное остекление: низкоэмиссионные стекла;
• Сенсорные панели: резистивные и емкостные экраны.

Ограничения материала и альтернативы

Основной недостаток ITO — хрупкость. При изгибе подложки в плёнке формируются микротрещины, приводящие к росту сопротивления. В гибкой электронике применяются альтернативы, в том числе покрытия на основе оксида цинка.

Требования к безопасности, хранению и утилизации

Порошкообразные формы ITO относятся к раздражающим веществам. При работе требуется использование СИЗ органов дыхания и эффективной вентиляции.

Хранение осуществляется в герметичной упаковке в сухих помещениях. Отработанные мишени подлежат возврату и аффинажному извлечению индия, что является экономически и экологически обоснованным.