第八章透明导电薄膜.ppt

第八章透明导电薄膜 tco 1 ito及各种透明导电氧化物材料的介紹透明导电氧化物 transparentconductiveoxide tco 2 tco的导电原理3 tco的光学性质4 tco薄膜之市场应用及发展 outline 1 ito及各种透明导电氧化物材料的介紹透明导电氧化物 transparentconductiveoxide tco 2 tco的导电原理3 tco的光学性质4 tco薄膜之市场应用与发展 什么是透明导电薄膜 在可见光波長范围內具有可接受之透光度 以flatpaneldisplay而言 透光度愈高愈好 以solarcell而言 太阳光全波長范围之透光度及热稳定性具有导电特性 电阻率 resistivity 愈小愈好 通常 10 4 cm 一般而言 导电性提高 透光度便下降 反之亦然 可见光范围具有80 以上的透光率 其电阻率低于1 10 4 cm 即是良好透明导电膜 纯金属薄膜 au ag pt cu al cr pd rh 在 10nm厚度的薄膜 均有某种程度的可见光透过率早期使用之透明电极缺点 光的吸收度大 硬度低 稳定性差 透明导电薄膜 透明导电薄膜 金属化合物薄膜 tco 泛指具有透明导电性之氧化物 氮化物 氟化物a 氧 氮 化物 in2o3 sno2 zno cdo tinb 摻杂氧化物 in2o3 sn ito zno in izo zno ga gzo zno al azo sno2 f tio2 tac 混合氧化物 in2o3 zno cdin2o4 cd2sno4 zn2sno4 historyoftco 1907年最早使用cdo材料为透明导电膜 应用在photovoltaiccells 1940年代 以spraypyrolysis及cvd方式沉积snox在玻璃基板上 1970年代 以evaporation及sputtering方式沉积inox及ito 1980年代 磁控溅射 magnetronsputtering 开发 不论在玻璃及塑胶板均能达到低面阻值 高透光性ito薄膜 1990年代 具有导电性之tco陶瓷靶材开发 使用dc磁控溅射ito 使沉积过程更容易 各式tco材料开始被广泛应用 2000年代 主要的透明导电性应用以ito材料为主 磁控溅射ito成为市场上制作的主流 透明导电薄膜主角 ito 中文名称 铟锡氧化物英文全名 indiumtinoxide ito 成分 摻杂锡之铟氧化物 tin dopedindiumoxide 年代 1934年被美国铟矿公司最早合成出來世界最大ito薄膜制造国 日本选用率 在tco材料中 75 应用在平面显示器主要应用 平面显示器 透明加热元件 抗靜电膜 电磁 防护膜 太阳能电池之透明电极 防反光涂层及热反射镜 heatreflectingmirror 等电子 光学及光电裝置上 ito是 么 ito indiumtinoxide in2o3 sno2 ito的成分 90wt in2o3与10wt sno2混合物 whychooseito 在tco材料中有最佳的导电性 电阻率低 在可见光波段有良好的透光度良好的耐受性 受环境影响小大面积镀膜工艺容易 成熟 刻蚀过程容易 成熟 成本低 ito之结构及特性 ito结构在in2o3 sno2 90 10时具有 最低的电阻率及最高的光穿透率 ito结构在in2o3 sno2 90 10时 最快的刻蚀速率 ito成膜时基板溫度 200 cito成膜时基板溫度 rt ito之结构及特性 铟 in 矿的主要应用 各种tco材料 zno系透明导电膜 主要成员 zno 3 5 10 4 cm zno in izo 2 4 10 4 cm zno ga gzo 1 2 10 4 cm zno al azo 1 3 10 4 cm zno ti 特点 1 zno矿产丰富 2 价格比ito便宜 200 costsaving 3 部分azo靶材可在100 ar环境下成膜 工艺控制容易 4 耐化性比ito差 通常以添加cr co于zno系材料中來提高其耐化性 1 ito及各种透明导电氧化物材料的介紹透明导电氧化物 transparentconductiveoxide tco 2 tco的导电原理3 tco的光学性质4 tco薄膜之市场应用及未来发展 tco薄膜的导电原理 n typetco ito in2o3为氧化物半导体 加入sno2作为杂质 可以产生一个导电电子in2o3晶格中之氧缺陷 oxygenvacancy 一个氧空缺 可以产生两个导电电子 bandgap eg 3 5evcrystallizedatt 150 c 材料之电导率 ne 其中n 载流子浓度 就tco材料包括电子及空穴 e 载流子的电量 载流子的mobility tco中导电性最好的ito 载流子浓度約1018 1019cm 3 金属载流子浓度約1022 10 23cm 3 tco薄膜的导电原理 由掺杂物的混入及离子的缺陷生成 tco薄膜的导电原理 载流子的mobility e om relaxationtime 载流子移动时由此次散射到下次散射的时间 m 载流子的有效质量 o 真空中之介电常数 要提升载流子的mobility 与tco薄膜的结构有关 tco薄膜的defect愈少 extrinsiceffect m 取決于tco材料 intrinsiceffect tco薄膜的导电原理 电阻率 反比於导电率 conductivity 1 ohm cm平面显示器中探讨的薄膜的导电性有別于半导体的导电性 通常 面电阻 surfaceresistance or sheetresistance rs 被定义为薄膜便面电阻 面电阻rs l d w ohms设定 d 单位 ohms 则rs l w 假设在一个l w之平方面积中 rs tco薄膜的导电 比较ito及银薄膜的表面电阻及穿透度 魚与熊掌不可兼得 dito薄膜的导电性要好 表面电阻低 膜厚要增大 因此薄膜的穿透度会降低 1 ito及各种透明导电氧化物材料的介紹透明导电氧化物 transparentconductiveoxide tco 2 tco的导电原理3 tco的光学性质4 tco薄膜之市场应用及未来发展 tco的光学性质 tco在短波长的透光范围 由能隙 energygap 決定在长波长的透光范围 由等离子体频率 p plasmafrequence 決定 紫外線區 由等离子体频率決定的波长 此一波长随载流子浓度而移动 入射光將价带的电子激发到导帶 为降低in2o3 sno2 zno等透明导体的电阻率 通常加入sn al sb等杂质以提高载流子密度 载流子密度增加会影星透明性 4 ne2 m 1 2 载流子浓度n增加 变大 光吸收范围向可见光扩展 其中 n 载流子浓度e 载流子电量m 传导有效质量 tco的光学性质 以zno为例 4 ne2 m 1 2 4 x4 3x1019x 1 6x10 19 20 24x0 91x10 30 2 789nm 1 2 azo antimonydopedtindioxide sb2o5析出 造成光的散射 掺杂物 载流子 密度对透光度的影响 sb掺杂在sno2中 电阻率最小3 98 10 3 cm sb 电阻率 表面电阻x膜厚 xd 低表面电阻ito玻璃薄膜 电阻率越低越好考虑高穿透率 膜厚的设计必须避免建设性的干涉 所以nd 2m 1 4 m 1 2 3 4 ito的光学性质 d 穿透度低的話 膜的厚薄 反射率相对提高 就易造成干涉 1 高穿透度 吸收小2 低电阻率 以较低的薄膜厚度得到较佳的导电性性 3 膜厚均勻性4 良好的附著力5 刻蚀过程容易6 耐受性佳 受环境影响小7 无pinhole8 无hilllock tco薄膜之品质需求 1 ito及各种透明导电氧化物材料的介紹透明导电氧化物 transparentconductiveoxide tco 2 tco的导电原理3 tco的光学性质4 tco薄膜之市场应用及未来发展 tco薄膜之市场应用 ito之应用 displayapplicationpmlcd displayapplicationamlcd 偏光板 tft 彩色濾光片 玻璃基板 透明電極 液晶 信號電極 掃描電極 tft