ITO的成分測試分析

         表1 是輻照前后ITO膜的成分測試分析結果。可以看出，輻照后ITO膜的氧組分比例明顯增加，Sn 對In的原子濃度比例稍微減少。ITO組分比例的變化，可能是由于帶電粒子（電子、質子）輻照時，對材料產生的濺射效應引起的。ITO薄膜在退火后雖然性能比較穩定，結晶也比較，但由于其為化合物，在濺射時會存在元素的選擇濺射而使其組分比例發生變化。

表1 輻照前后ITO 膜的成分含量（原子濃度分數）變化

ITO 的表面微觀結構分析

         圖1 和圖2 是輻照前后ITO 膜的表面微觀結構分析結果。可以看出，輻照前后ITO 膜的表面微觀結構發生了明顯變化，即輻照前ITO的表面微觀結構致密而均勻，而輻照后產生很多缺陷。

          輻照后ITO 晶體結構中的缺陷產生，可能是由2 個因素引起的：

        （1）由輻照對材料產生的濺射效應引起的，濺射不僅使ITO 組分比例發生變化，還直接在表面形成一些缺陷。

       （2）可能是由于輻照產生的熱效應而引起的。

        根據工控論壇提供的資料，綜合電子質子輻照能夠對玻璃材料造成表面充電和體充電效應。雖然ITO 膜具有一定導電性，可以消除表面充電效應，但由于ITO 膜很薄，僅十幾納米厚，而輻照時電子質子的能量足夠穿透ITO 進入玻璃基底材料產生體充電效應。這樣體充電效應產生了很強電場，導致局部電位超過玻璃材料的擊穿電壓而發生放電現象。放電時產生的瞬時電流釋放大量的熱，使基底材料表面局部溫度急劇升高而對ITO薄膜結構產生影響。

ITO的光學性能變化

         圖3 是ITO 樣品在輻照前后的透過光譜測試結果。可以看出，ITO 樣品的光學性能變化很小。結合以上的XPS 和AFM 分析結果，認為這可能是由于氧組分比例增加使ITO 透過率增加，與ITO 表面微觀結構被破壞（散射增加）而使ITO 透過率減少，造成2 種效應共同作用的結果。

圖3 輻照前后ITO 樣品的透過光譜變化（1為輻照前，2為輻照后）

ITO 的電學性能變化

         表2 是輻照前后ITO樣品表面電阻的測試結果。可以看出，輻照后表面電阻有所增大，但與輻照前仍處于1 個數量級。根據自動化論壇的資料，薄膜的表面電阻即使高達106kΩ，充電電位仍小于100V，具備較好的抗靜電放電性能。因此，對于空間應用的透明防靜電功能來說，影響不大，說明ITO 薄膜的耐輻照性能比較好，空間穩定性很好。

表2 輻照前后ITO 的表面電阻變化

        ITO的表面電阻增大，應是ITO膜的氧組分增加，使氧空穴以及Sn4+的含量下降而使電阻增加，和ITO產生晶體缺陷而使電阻增加所共同作用的結果。

        根據ITO薄膜的導電機理，氧缺位即In2O3-x 結構的存在，使其具有過剩的自由電子，表現出一定的導電性；同時，銦錫離子體積大小一致，高價正離子Sn4+以替代In3+的形式摻雜在In2O3 形成的晶格中，在替代位置的Sn4+會提供導電電子到導帶，形成n 型摻雜，提高了ITO 薄膜的導電性能。因此，輻照后ITO膜中氧含量的增加、Sn 對In 原子比例的減少，會使氧空穴以及Sn4+的含量下降，從而使自由電子減少，電阻增大。另外，ITO 產生晶體缺陷后，自由電子的散射作用增加，遷移率減少，也使電阻增大。

通過試驗及分析，得出以下結論：

        （1）輻照會使ITO 的表面微觀結構發生了明顯變化，產生晶體缺陷；同時，ITO 的組分也發生變化，輻照后ITO 膜的氧組分比例明顯增加，Sn 對In 的原子濃度比例稍微減少；

        （2）輻照后ITO 的表面電阻增大，光譜透過率變化不大；

        （3）對于空間應用ITO 膜的透明防靜電功能來說，輻照前后ITO 膜的光學性能變化很小，表面電阻雖有所增大，但仍處于1 個數量級，因此對其使用功能來說，影響不大。說明ITO 薄膜的耐輻照性能比較好，空間穩定性很好。