Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН провели экспериментальное исследование процессов испарения в системе индий – оксид индия (In-In₂O₃) и доказали возможность ее использования в качестве источника газообразного оксида индия (In₂O), применяемого для получения тонких прозрачных проводящих покрытий, востребованных в электронной промышленности. Результаты работы были опубликованы в журнале Rapid Communications in Mass Spectrometry.

Оксид индия является одним из важнейших полупроводниковых материалов в современной электронной промышленности. Уникальное сочетание оптических, электрофизических и химических свойств открывают широкие возможности его применения на практике. Тонкие пленки оксида индия используются в качестве прозрачных проводящих покрытий в сенсорных экранах (телефонов, часов, планшетов, информационных панелей и т.д.), ЖК-дисплеях, солнечных батареях и фоточувствительных матрицах цифровых камер. Кроме того, оксид индия применяется при производстве инфракрасных отражателей, светофильтров и антистатических покрытий.

Одним из способов получения тонких прозрачных проводящих покрытий в промышленности является термическое напыление. Для этого необходимо перевести материал в парообразное состояние, однако получение паров оксидов металлов, как правило, требует их нагрева до очень высоких температур, то есть является весьма энергоёмким и предъявляет особые требования к конструкции и материалам вакуумных установок.

Учёными из ИОНХ РАН было установлено, что совместное испарение металлического индия с его оксидом позволяет снизить температуру напыления прозрачных проводящих покрытий более чем на 500°С по сравнению с использованием чистого оксида индия.

Работу прокомментировал автор статьи, младший научный сотрудник Лаборатории физических методов исследования строения и термодинамики неорганических соединений, аспирант Андрей Смирнов: «Коллектив нашей лаборатории давно занимается исследованием процессов испарения оксидов металлов и многокомпонентных оксидных систем, изучением соответствующих газофазных и гетерофазных реакций. В данной работе нами было изучено испарение в системе индий – оксид индия (In-In₂O₃). Было установлено, что пар над смесью In-In₂O₃ при температуре 660°С на 95% состоит из молекул оксида индия (I). При этом ранее нами было показано, что пар над индивидуальным оксидом индия (III) даже при температуре 1130°С содержит всего лишь 50% молекул оксида индия (I). Следовательно, система индий – оксид индия может использоваться в качестве низкотемпературного источника газообразного оксида индия в технологическом процессе изготовления прозрачных плёнок методом вакуумного напыления.

Полученные нами результаты в первую очередь необходимы для оптимизации и снижения энергозатрат при получении тонких прозрачных проводящих покрытий на основе оксида индия, а также для прогнозирования поведения материалов при высоких температурах».

В дальнейшем авторы разработки планируют исследовать сочетания других оксидов металлов и систем на их основе, которые также представляют интерес для полупроводниковой промышленности.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 21-13-00086).

Источник: A.S. Smirnov, N.A. Gribchenkova, A.S. Alikhanyan. Thermodynamics of heterogeneous equilibria in the In–In2O3 system by Knudsen effusion mass spectrometry. Rapid Communications in Mass Spectrometry. https://doi.org/10.1002/rcm.9248

Фото. Спектрометр МС-1301, используемый для исследования высокотемпературных физико-химических процессов