TCO(透明导电层)的原理及其应用发展

1、TYN2012/12/121.ITO及各种透明导电氧化物材料的介绍透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide, 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在可见光波长范围内具有可接受之透光度在可见光波长范围内具有可接受之透光度以flat panel display而言透光度愈高愈好以solar cell而言太阳光全波长范围之透光度及热稳定性具有导电特性具有导电特性电阻比(resistivity)愈小愈好，通常 10-4 ? cm一般而言，导电性提高，透

2、光度便下降，反之亦然。可见光一般而言，导电性提高，透光度便下降，反之亦然。可见光范围范围具有具有80 %以上的透光率，其比电阻低于以上的透光率，其比电阻低于1 10-4 ?cm，即，即是良好透明导电膜。是良好透明导电膜。纯金属薄膜纯金属薄膜Au、Ag、Pt、Cu、Al、Cr、Pd、Rh，在 200% cost saving) 。3.部分AZO靶材可在100%Ar环境下成膜，制程控制容易。4.耐化性比ITO差，通常以添加Cr、Co于ZnO系材料中来 提高其耐化性。1.ITO及各种透明导电氧化物材料的介绍透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)3.TCO

3、的光学性质4. TCO薄膜之市场应用及未来发展(n-type TCO)- ITOIn2O3为氧化物半导体，加入为氧化物半导体，加入SnO2作为杂质参杂，可以产生一个导电电子作为杂质参杂，可以产生一个导电电子In2O3晶格中之氧缺陷晶格中之氧缺陷(Oxygen vacancy)一个氧空缺，可以产生两个导电电子一个氧空缺，可以产生两个导电电子Band gap (Eg) 3.5eVCrystallized at T 150 C材料之导电率材料之导电率 =ne其中n=载子浓度 (就TCO材料包括电子及电洞) e：载子的电量 ：载子的mobilityTCO中导电性最好的中导电性最好的ITO，载子浓度约，

4、载子浓度约10181019 cm-3金属载子浓度约金属载子浓度约1022 1023 cm-3载子由掺杂物的混入掺杂物的混入及 离子的缺陷生成离子的缺陷生成载子的mobility () =e/om* ：relaxation time(载子移动时由此次散射到下一次散射的时间)m*：载子的有效质量o：真空中之介电常数要提升载子的要提升载子的mobility ：與TCO薄膜的结构有关。TCO薄膜的defect愈少， 。(extrinsic effect) m*：取决於TCO材料。(intrinsic effect)电阻比(又称体阻抗,)反比于导电率(conductivity,)= 1/ ohm-cm平

5、面显示器中探讨的薄膜的导电性有别于半导体的导电性。通常，面电阻(surface resistance,) or (sheet resistance, Rs) 被定义为薄膜表面之电阻面电阻面电阻Rs = (L/DW) ohms设定设定 = /D (单位：单位：ohms/ )则则Rs = (L/W)假设在一個假设在一個L=W之平方面积中，之平方面积中，Rs = 比较比较ITO及银薄膜的面电阻及穿透度及银薄膜的面电阻及穿透度ITOAg2x10-4 ohm-cm1.8x10-6 ohm-cm=/D10 ohm/10 ohm/D=/2x10-5 cm (2000)1.8x10-7 cm (18) = /

6、DITO薄膜的导电性要好薄膜的导电性要好(面电阻低面电阻低)，膜厚要增大，膜厚要增大，因此薄膜的穿透度会降低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绍透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)2.TCO的导电原理4. TCO薄膜之市场应用及未来发展TCO在短波长的透光范围：由能隙在短波长的透光范围：由能隙(energy gap)决定决定在长波长的透光范围：由电浆频率在长波长的透光范围：由电浆频率(p，plasma frequence)决定决定紫外线区由电浆频率决定的波长由电浆频率决定的波长( (此一波长随载子浓度而移动此一波长随载子

7、浓度而移动) )入射光将价带的入射光将价带的电子激发到导带电子激发到导带为降低In2O3、SnO2、ZnO等透明导体的电阻率，通常加入Sn、Al、Sb等掺杂物以提高载子密度。载子密度增加会影响透明性电浆频率 = (4ne2/m*)1/2载子浓度载子浓度n增加，增加，变大，变大，光吸收范围向可见光扩展光吸收范围向可见光扩展其中，n：载子浓度e：载子的电量m*：传导有效质量以ZnO为例， = (4ne2/m*)1/2 = 4x4.3x1019x(1.6x10-19)2 0.24x0.91x10-30 = =2/ =789nm1/27958529.409AZO (antimony doped tin

8、dioxide)Sb2O5析出，析出，造成光的散射造成光的散射Sb掺杂在SnO2中电阻率最小电阻率最小3.98 10-3-cmSb电阻比电阻比=面阻值面阻值x膜厚膜厚( = xD)低面阻值ITO玻璃镀膜，电阻比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.。D穿透度低的话穿透度低的话( (膜的厚薄膜的厚薄) )，反射率相对提高，就易造成干涉。反射率相对提高，就易造成干涉。1.高穿透度、吸收小2.低电阻比以较低之薄膜厚度得到较佳之导电性3.膜厚均匀性4.良好的附着力5.蚀刻制程容易6.耐候性佳，受环境影响小7.无Pin hole8.无Hil

9、l lock1.ITO及各种透明导电氧化物材料的介绍透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)2.TCO的导电原理3.TCO的光学性质 PM LCD AM LCD偏光板偏光板TFT彩色滤光片彩色滤光片玻璃基板玻璃基板透明电极透明电极液晶液晶信号电极信号电极扫描电极扫描电极TFT玻璃基板玻璃基板透明电极透明电极偏光板偏光板 OLED PDPTouch PanelSolar cellElectrochromic Window(电致变色玻璃)常用TCO之应用ITO及TCO薄膜未来需求之课题高透光率高透光率ITO玻璃玻璃极低面电阻极低面电阻&高穿透率之研究高穿透率之研究超平坦透明导电膜超平坦透明导电膜在塑料基板成膜在塑料基板成膜(室温成膜室温成膜)靶材回收靶材回收参考文献工业材料杂志256期 ，廖镕榆/工研院材化所材料最前线/材料世界网 ，吴金宝/工研院材化所工业材料杂志第255期 ，刘秀琴、张志祥/工研院材化所.tw/Research/