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1、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(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Outline1. ITO及各种透明导电氧化物材料的介紹透明透明导电导电氧化物氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)(Transparent Conductive Oxide, TCO)2. TCO的导电原理3. TCO的光学性质4. TCO 薄膜之市场应用与发展什么是透明导电薄膜 ?在在可见可见光波長光波長范围范围內具有可
2、接受之透光度內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 而言太阳光全波長范围之透光度及热稳定性具有具有导电导电特性特性 电阻率 (resistivity) 愈小愈好，通常 10-4 cm 一般而言，一般而言，导电导电性提高，透光度便下降，反之亦然。性提高，透光度便下降，反之亦然。可见光可见光范围范围具有具有80 % 以上的透光率，其以上的透光率，其电阻率电阻率低低于于110-4 cm，即，即是良好透明是良好透明导电导电膜。膜。纯金属薄膜 Au、Ag、Pt、Cu、Al、Cr、Pd、Rh，在 200% cost saving) 。3.
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(Transparent Conductive Oxide, TCO)2. TCO的导电原理3. TCO的光学性质4. TCO 薄膜之市场应用及未来发展TCO薄膜的导电原理 (n-type TCO)- ITOIn2O3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(Oxygen vacancy)一个氧空缺，可以产生两个导电电子Band gap (Eg) 3.5eVC
4、rystallized at T 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mobilityTCO中导电性最好的ITO，载流子浓度約10181019 cm-3金属载流子浓度約1022 1023 cm-3TCO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* ：relaxation time (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
5、愈少， 。(extrinsic effect) m*：取決于TCO 材料。(intrinsic effect)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(surface resistance, ) or (sheet resistance, Rs) 被定义为薄膜便面电阻面电阻Rs = (L/DW) 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ITOAg
6、2x10-4 ohm-cm1.8x10-6 ohm-cm=/D10 ohm/10 ohm/D= /2x10-5 cm (2000)1.8x10-7 cm (18)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(Transparent Conductive Oxide, TCO)2. TCO的导电原理3. TCO的光学性质4. TCO 薄膜之市场应用及未来发展TCO的光学性质TCO在短波长的透光范围：由能隙(energy gap)決定 在长波长的透光范围：由等离子体频率(p，plasma
7、 frequence) 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 = (4ne2/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， = (4ne2/m*)1/2 = 4x4.3x1019x(1.6x10-19)2 0.24x0.91x10-30 = =2/ = =789nm1/27958529.409AZO (antimo
8、ny doped tindioxide)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-cmSb电阻率= 表面电阻x 膜厚( = x D)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Pin hole8. 无Hil
9、l lockTCO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(Transparent Conductive Oxide, TCO)2. TCO的导电原理3. TCO的光学性质4. TCO 薄膜之市场应用及未来发展TCO 薄膜之市场应用ITO 之应用Display Application PM LCDDisplay Application AM LCD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玻璃基板透明電極偏光板Display Application OLEDDisplay Application PDPTouch PanelSolar cellElectrochromic Window（电致变色玻璃)常用TCO之应用ITO及TCO 薄膜未來需求之课题高透光率ITO玻璃极低表面电阻&高穿透率之研究超平坦透明导电膜在塑料基板成膜(室溫成膜)靶材回收
