第八章透明導(dǎo)電薄膜.ppt

第八章透明導(dǎo)電薄膜 tco 1 ito及各種透明導(dǎo)電氧化物材料的介紹透明導(dǎo)電氧化物 transparentconductiveoxide tco 2 tco的導(dǎo)電原理3 tco的光學(xué)性質(zhì)4 tco薄膜之市場應(yīng)用及發(fā)展 outline 1 ito及各種透明導(dǎo)電氧化物材料的介紹透明導(dǎo)電氧化物 transparentconductiveoxide tco 2 tco的導(dǎo)電原理3 tco的光學(xué)性質(zhì)4 tco薄膜之市場應(yīng)用與發(fā)展 什么是透明導(dǎo)電薄膜 在可見光波長范圍內(nèi)具有可接受之透光度 以flatpaneldisplay而言 透光度愈高愈好 以solarcell而言 太陽光全波長范圍之透光度及熱穩(wěn)定性具有導(dǎo)電特性 電阻率 resistivity 愈小愈好 通常 10 4 cm 一般而言 導(dǎo)電性提高 透光度便下降 反之亦然 可見光范圍具有80 以上的透光率 其電阻率低于1 10 4 cm 即是良好透明導(dǎo)電膜 純金屬薄膜 au ag pt cu al cr pd rh 在 10nm厚度的薄膜 均有某種程度的可見光透過率早期使用之透明電極缺點(diǎn) 光的吸收度大 硬度低 穩(wěn)定性差 透明導(dǎo)電薄膜 透明導(dǎo)電薄膜 金屬化合物薄膜 tco 泛指具有透明導(dǎo)電性之氧化物 氮化物 氟化物a 氧 氮 化物 in2o3 sno2 zno cdo tinb 摻雜氧化物 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材料為透明導(dǎo)電膜 應(yīng)用在photovoltaiccells 1940年代 以spraypyrolysis及cvd方式沉積snox在玻璃基板上 1970年代 以evaporation及sputtering方式沉積inox及ito 1980年代 磁控濺射 magnetronsputtering 開發(fā) 不論在玻璃及塑膠板均能達(dá)到低面阻值 高透光性ito薄膜 1990年代 具有導(dǎo)電性之tco陶瓷靶材開發(fā) 使用dc磁控濺射ito 使沉積過程更容易 各式tco材料開始被廣泛應(yīng)用 2000年代 主要的透明導(dǎo)電性應(yīng)用以ito材料為主 磁控濺射ito成為市場上制作的主流 透明導(dǎo)電薄膜主角 ito 中文名稱 銦錫氧化物英文全名 indiumtinoxide ito 成分 摻雜錫之銦氧化物 tin dopedindiumoxide 年代 1934年被美國銦礦公司最早合成出來世界最大ito薄膜制造國 日本選用率 在tco材料中 75 應(yīng)用在平面顯示器主要應(yīng)用 平面顯示器 透明加熱元件 抗靜電膜 電磁 防護(hù)膜 太陽能電池之透明電極 防反光涂層及熱反射鏡 heatreflectingmirror 等電子 光學(xué)及光電裝置上 ito是 么 ito indiumtinoxide in2o3 sno2 ito的成分 90wt in2o3與10wt sno2混合物 whychooseito 在tco材料中有最佳的導(dǎo)電性 電阻率低 在可見光波段有良好的透光度良好的耐受性 受環(huán)境影響小大面積鍍膜工藝容易 成熟 刻蝕過程容易 成熟 成本低 ito之結(jié)構(gòu)及特性 ito結(jié)構(gòu)在in2o3 sno2 90 10時具有 最低的電阻率及最高的光穿透率 ito結(jié)構(gòu)在in2o3 sno2 90 10時 最快的刻蝕速率 ito成膜時基板溫度 200 cito成膜時基板溫度 rt ito之結(jié)構(gòu)及特性 銦 in 礦的主要應(yīng)用 各種tco材料 zno系透明導(dǎo)電膜 主要成員 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 特點(diǎn) 1 zno礦產(chǎn)豐富 2 價格比ito便宜 200 costsaving 3 部分azo靶材可在100 ar環(huán)境下成膜 工藝控制容易 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及各種透明導(dǎo)電氧化物材料的介紹透明導(dǎo)電氧化物 transparentconductiveoxide tco 2 tco的導(dǎo)電原理3 tco的光學(xué)性質(zhì)4 tco薄膜之市場應(yīng)用及未來發(fā)展 tco薄膜的導(dǎo)電原理 n typetco ito in2o3為氧化物半導(dǎo)體 加入sno2作為雜質(zhì) 可以產(chǎn)生一個導(dǎo)電電子in2o3晶格中之氧缺陷 oxygenvacancy 一個氧空缺 可以產(chǎn)生兩個導(dǎo)電電子 bandgap eg 3 5evcrystallizedatt 150 c 材料之電導(dǎo)率 ne 其中n 載流子濃度 就tco材料包括電子及空穴 e 載流子的電量 載流子的mobility tco中導(dǎo)電性最好的ito 載流子濃度約1018 1019cm 3 金屬載流子濃度約1022 10 23cm 3 tco薄膜的導(dǎo)電原理 由摻雜物的混入及離子的缺陷生成 tco薄膜的導(dǎo)電原理 載流子的mobility e om relaxationtime 載流子移動時由此次散射到下次散射的時間 m 載流子的有效質(zhì)量 o 真空中之介電常數(shù) 要提升載流子的mobility 與tco薄膜的結(jié)構(gòu)有關(guān) tco薄膜的defect愈少 extrinsiceffect m 取決于tco材料 intrinsiceffect tco薄膜的導(dǎo)電原理 電阻率 反比於導(dǎo)電率 conductivity 1 ohm cm平面顯示器中探討的薄膜的導(dǎo)電性有別于半導(dǎo)體的導(dǎo)電性 通常 面電阻 surfaceresistance or sheetresistance rs 被定義為薄膜便面電阻 面電阻rs l d w ohms設(shè)定 d 單位 ohms 則rs l w 假設(shè)在一個l w之平方面積中 rs tco薄膜的導(dǎo)電 比較ito及銀薄膜的表面電阻及穿透度 魚與熊掌不可兼得 dito薄膜的導(dǎo)電性要好 表面電阻低 膜厚要增大 因此薄膜的穿透度會降低 1 ito及各種透明導(dǎo)電氧化物材料的介紹透明導(dǎo)電氧化物 transparentconductiveoxide tco 2 tco的導(dǎo)電原理3 tco的光學(xué)性質(zhì)4 tco薄膜之市場應(yīng)用及未來發(fā)展 tco的光學(xué)性質(zhì) tco在短波長的透光范圍 由能隙 energygap 決定在長波長的透光范圍 由等離子體頻率 p plasmafrequence 決定 紫外線區(qū) 由等離子體頻率決定的波長 此一波長隨載流子濃度而移動 入射光將價帶的電子激發(fā)到導(dǎo)帶 為降低in2o3 sno2 zno等透明導(dǎo)體的電阻率 通常加入sn al sb等雜質(zhì)以提高載流子密度 載流子密度增加會影星透明性 4 ne2 m 1 2 載流子濃度n增加 變大 光吸收范圍向可見光擴(kuò)展 其中 n 載流子濃度e 載流子電量m 傳導(dǎo)有效質(zhì)量 tco的光學(xué)性質(zhì) 以zno為例 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 摻雜物 載流子 密度對透光度的影響 sb摻雜在sno2中 電阻率最小3 98 10 3 cm sb 電阻率 表面電阻x膜厚 xd 低表面電阻ito玻璃薄膜 電阻率越低越好考慮高穿透率 膜厚的設(shè)計(jì)必須避免建設(shè)性的干涉 所以nd 2m 1 4 m 1 2 3 4 ito的光學(xué)性質(zhì) d 穿透度低的話 膜的厚薄 反射率相對提高 就易造成干涉 1 高穿透度 吸收小2 低電阻率 以較低的薄膜厚度得到較佳的導(dǎo)電性性 3 膜厚均勻性4 良好的附著力5 刻蝕過程容易6 耐受性佳 受環(huán)境影響小7 無pinhole8 無hilllock tco薄膜之品質(zhì)需求 1 ito及各種透明導(dǎo)電氧化物材料的介紹透明導(dǎo)電氧化物 transparentconductiveoxide tco 2 tco的導(dǎo)電原理3 tco的光學(xué)性質(zhì)4 tco薄膜之市場應(yīng)用及未來發(fā)展 tco薄膜之市場應(yīng)用 ito之應(yīng)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