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1、第八章第八章 透明透明导电导电薄膜薄膜 (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什么是透明是透明导电导电薄膜薄膜 ?在在
2、可见可见光波長光波長范围范围內具有可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。纯金属纯金属薄膜薄膜 Au、Ag、Pt、Cu、Al、Cr、Pd、Rh，在 20
3、0% cost saving) 。3. 部分AZO靶材可在100% Ar环境环境下成膜，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薄膜的薄膜的导电导电原理原理 (n-type TCO)- ITOIn2O3为为氧化物氧化物半导体半导体，加入，加入SnO2作作为杂质为杂质，可以，可以产生产生一一个导电电子个导电电子In2O3晶格中之氧
4、缺陷晶格中之氧缺陷(Oxygen vacancy)一一个个氧空缺，可以氧空缺，可以产生两个导电电子产生两个导电电子Band gap (Eg) 3.5eVCrystallized at T 150 C材料之材料之电导率电导率 = 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中中导电导电性最好的性最好的ITO，载流子浓度载流子浓度約約10181019 cm-3 金属载流子浓度金属载流子浓度約約1022 1023 cm-3TCO薄膜的薄膜的导电导电原理原理由掺杂物由掺杂物的混入的混入及离子的的缺陷生成缺陷生成TCO薄膜的薄膜的导电导电
5、原理原理载流子的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 要要提升载流子提升载流子的的mobility ：与TCO 薄膜的结构有关。TCO 薄膜的defect愈少， 。(extrinsic effect) m*：取決于TCO 材料。(intrinsic effect)TCO薄膜的薄膜的导电导电原理原理电阻率电阻率( ) 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 resis
6、tance, ) or (sheet resistance, Rs) 被定义为薄膜便面电阻面面电阻电阻Rs = (L/DW) ohms设定设定 = /D (单位单位：ohms/ )则则Rs = (L/W)假设假设在一在一个个L = W 之平方之平方面积面积中，中，Rs = TCO薄膜的薄膜的导电导电比较比较ITO及及银银薄膜的薄膜的表面电阻表面电阻及穿透度及穿透度ITOAg2x10-4 ohm-cm1.8x10-6 ohm-cm=/D10 ohm/10 ohm/D= /2x10-5 cm (2000)1.8x10-7 cm (18)魚魚与与熊掌不可兼得熊掌不可兼得 = /DITO薄膜的薄膜的导
7、电导电性要好性要好(表面电阻表面电阻低低) ，膜厚要增大，膜厚要增大，因此薄膜的穿透度因此薄膜的穿透度会会降低降低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在短波在短波长长的透光的透光范围范围：由能隙：由能隙(energy gap)決定決定 在在长长波波长长的透光的透光范围范围：由：由等离子体频率等离子体频率(p，plasma frequence) 決定決定紫外線區由由等离子体频率等离子体频率決定的波決定的波
8、长长(此一此一波长随载流子浓度而移动波长随载流子浓度而移动)入射光將入射光將价带价带的的电子激发电子激发到到导导帶帶为降低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载流子浓度载流子浓度n增加，增加，变变大，大，光吸收光吸收范围范围向向可见光扩展可见光扩展其中，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/ = =789nm1/27
9、958529.409AZO (antimony doped tindioxide)Sb2O5析出，析出，造成光的散射造成光的散射掺杂物掺杂物(载流子载流子)密度密度对对透光度的透光度的影响影响Sb掺杂在SnO2中电阻率电阻率最小最小3.98 10-3-cmSb电阻率电阻率= 表面电阻表面电阻x 膜厚膜厚( = 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的的光学性质光学性质D穿透度低的話穿透度低的話(膜的厚薄膜的厚薄)，反射率相反射率相对对提高，就易造成干涉。提高，就易造成干涉。1. 高穿
10、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. 刻蚀过程刻蚀过程容易6. 耐受性佳，受环境影响小7. 无Pin hole8. 无Hill lockTCO薄膜之薄膜之品质品质需求需求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 薄膜之薄膜之市场应用市场应用ITO 之之应用应用Display Application PM LCDDisplay Application AM LCD偏光板偏光板TFT彩色濾光片彩色濾光片玻璃基板玻璃基板透明電極透明電極液晶液晶信號電極信號電極掃描電極掃描電極TFT玻璃基板玻璃基板透明電極透明電極偏光板偏光板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高透光率ITO玻璃玻璃极低表面电阻极低表面电阻&高穿透率之研究高穿透率之研究超平坦透明超平坦透明导电导电膜膜在在塑料塑料基板成膜基板成膜(室溫成膜室溫成膜)靶材回收靶材回收
