透明导电薄膜 (TCO)之原理及其应用发展
新型透明导电薄膜在光电子器件中的应用前景
新型透明导电薄膜在光电子器件中的应用前景随着科技的不断进步和人们对高性能光电子器件的需求增加，新型透明导电薄膜逐渐成为研究的热点。
透明导电薄膜是一种具有高透明度和高导电性能的薄膜材料，广泛应用于太阳能电池、液晶显示器、光电传感器等光电子器件。
本文将通过对新型透明导电薄膜的特点和在不同光电子器件中的应用前景的论述，探讨其在光电子技术领域的潜力。
一、新型透明导电薄膜的特点新型透明导电薄膜相比传统材料具有以下特点。
首先，它们具有优异的透明性。
在可见光范围内，新型透明导电薄膜的透射率高达90%以上，可以保证光电子器件的良好视觉效果。
其次，它们具有良好的导电性能。
新型透明导电薄膜的电阻率低，能够在不损失透明性的前提下实现高效的电导，有效提高光电子器件的性能。
此外，它们还具有优异的机械柔性和化学稳定性，易于加工和集成到复杂器件结构中。
二、新型透明导电薄膜在太阳能电池中的应用前景太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的设备，而新型透明导电薄膜在太阳能电池中有着广阔的应用前景。
首先，它们可以作为太阳能电池的透明电极材料，取代传统的锡氧化物导电膜。
新型透明导电薄膜具有更高的透过率和更低的电阻率，可以提高太阳能电池的光吸收和电流输出效率。
其次，它们可以作为柔性太阳能电池的基底材料，提供良好的柔性、可弯曲的特性，使得太阳能电池能够适应更多的形状和应用场景。
因此，新型透明导电薄膜在太阳能电池领域的应用有望推动太阳能技术的发展。
三、新型透明导电薄膜在液晶显示器中的应用前景液晶显示器是现代电子产品中应用广泛的显示技术，而新型透明导电薄膜在液晶显示器中的应用也具有重要意义。
首先，它们可以作为电容式触摸屏的传感器材料，实现对触摸信号的高效检测。
新型透明导电薄膜的导电性能优异，可以提供稳定的电流传导，使得触摸屏具有更高的灵敏度和响应速度。
其次，它们可以作为光子透过膜材料，调节液晶显示器的透光性能，提高图像的对比度和清晰度。
因此，新型透明导电薄膜在液晶显示器中的应用前景广阔，有望改善人们的视觉体验。
透明导电膜玻璃TCO
一、玻璃导电的机理众所周知，不同种类的物质，其导电的机理是不同的。
金属导体导电，是由于在金属导体中有可以自由移动的自由电子的作用；半导体导电，是靠半导体中空穴的移动作用而使电子传导得以实现；电解质水溶液导电，是由于在电解质水溶液中有可以自由移动的离子的作用；离子化合物的晶体导电是在具有晶格缺欠的情况下，虽然是固体，但由于离子的迁移而导电。
那么，玻璃导电的机理是什么呢？在室温条件下，玻璃是相当好的绝缘体。
一般来说，玻璃的电阻率在1010Ω/m～1015Ω/m之间。
但是，温度升高，玻璃就要被软化，处于熔融状态中玻璃的电阻可降到几个欧姆，导电性能增强。
即，玻璃从固体变成液体状态时可以导电。
玻璃导电的能力由玻璃结构中离子的移动程度决定。
玻璃是离子化合物晶体。
玻璃的种类不同，其离子的种类以及比例含量都不同。
以最常见的苏打石灰玻璃为例，其主要成分为SiO2，通常由于结构中存在晶格缺欠，晶体中的Na+在温度升高时由一个空穴迁移到另一个空穴而导电。
由此可见，玻璃导电是属于离子导电二、透明导电膜玻璃（TCO Coating Glass）透明导电膜玻璃（TCO Coating Glass）是指在平板玻璃表面通过物理或化学镀膜方法均匀的镀上一层透明的导电氧化物薄膜（Transparent Conductive Oxide）而形成的组件。
对于薄膜太阳能电池来说，由于中间半导体层几乎没有横向导电性能，因此必须使用TCO玻璃有效收集电池的电流，同时TCO薄膜具有高透和减反射的功能让大部分光进入吸收层。
TCO玻璃的生产工艺TCO玻璃工艺主要分为超白浮法玻璃生产、TCO镀膜。
超白浮法玻璃生产工艺难度较高，目前世界上主要供应商有日本旭硝子、美国PPG、法国圣戈班等，国内供应厂家有限，目前仅金晶科技、南玻、信义能够供货。
透明导电膜玻璃（TCO Coating Glass）的种类主要为氧化铟锡透明导电膜玻璃（ITO Coating Glass）、掺Al氧化锌透明导电膜玻璃（AZO Coating Glass）和掺F氧化锡（FTO Coating Glass）三种；ITO透明导电膜玻璃广泛的使用于大面积平板显示领域，国内ITO导电膜玻璃生产厂家主要有深圳南玻显示事业部、深圳莱宝光学、蚌埠华益导、芜湖长信，深圳天泽等众多厂家，技术也能与日本与欧美厂家竞争；而FTO透明导电膜和AZO透明导电膜的主要生产商有日本旭硝子（Asahi）、板硝子（NSG）与美国AFG，国内非晶硅薄膜电池厂因需求不大、尺寸规格特殊，所以议价空间小，进货价格高，甚至有钱也不一定买的到货。
透明导电薄膜 (TCO)之原理及其应用发展
偏光板
Display Application
OLED
Display Application
PDP
Touch Panel
Solar cell
Electrochromic Window (電致變色玻璃)
常用TCO之應用
ITO及TCO 薄膜未來需求之課題
➢高透光率ITO玻璃 ➢極低面電阻&高穿透率之研究 ➢超平坦透明導電膜 ➢在塑膠基板成膜(室溫成膜) ➢靶材回收
各種TCO材料-ZnO系透明導電膜
主要成員：ZnO (3~5 ×10-4 Ω-cm) ZnO:In (IZO) (2~4 ×10-4 Ω-cm )、 ZnO:Ga(GZO) (1.2×10-4 Ω-cm)、 ZnO:Al (AZO) (1.3×10-4 Ω-cm)、 ZnO:Ti
特點：1. ZnO礦產產能大。 2. 價格比ITO 便宜(> 200% cost saving) 。 3. 部分AZO靶材可在100% Ar環境下成膜，製程控制容易。 4. 耐化性比ITO 差，通常以添加Cr、Co 於ZnO系材料中來 提高其耐化性。
1970年代，以Evaporation 及Sputtering 方式沉積InOx及ITO.
1980年代，磁控濺鍍﹙magnetron sputtering﹚開發，使低溫沉膜製程， 不
論在玻璃及塑膠基板均能達到低面阻值、高透性ITO薄膜.
1990年代，具有導電性之TCO陶瓷靶材開發，使用DC 磁控濺鍍ITO， 使
參考文獻
➢工業材料雜誌256期 ，廖鎔榆 / 工研院材化所 ➢材料最前線/材料世界網 ，吳金寶/工研院材化所 ➢工業材料雜誌第255期 ，劉秀琴、張志祥/工研院材化所
➢儀科中心簡訊 85 期 ，真空技術組 潘漢昌。 ➢氧化鋅-鋁多層膜之結構與光電特性研究，林正偉。 ➢http://163.23.218.33/c49-1149554558 ➢以濺射共沉積法成長Cu2O：Al 之P 型透明導電膜研究，邱俞翔、施佑杰、戴淵竣、包正綱。
透明导电薄膜(TCO)之原理及其应用发展课件
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、TiN b.掺杂氧化物：In2O3:Sn (ITO)、ZnO:In (IZO)、ZnO:Ga (GZO) ZnO:Al (AZO)、SnO2:F、TiO2:Ta
c.混合氧化物：In2O3-ZnO、CdIn2O4、Cd2SnO4、Zn2SnO4
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
什么是透明导电薄膜?
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
透明导电薄膜(TCO) 之原e
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
3.TCO的光学性质
4. TCO薄膜之市场应用及发展
1.ITO及各种透明导电氧化物材料的介绍
特点：1.ZnO矿产产能大。 2.价格比ITO便宜(> 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)
������ 2000年代，主要的透明导电性应用以ITO材料为主，磁控溅镀ITO成为 市 场上制程的主流.
透明导电薄膜的研究进展3700字
透明导电薄膜的研究进展3700字摘要：透明导电薄膜是一种在可见光范围内透光率较高又具有良好导电性的薄膜材料，主要应用于太阳能电池板、液晶显示屏、柔性电子设备以及智能玻璃等方面。
本文综述了透明导电薄膜的发展状况，介绍了透明导电薄膜常用原料和制备工艺并对其发展前景进行分析。
毕业关键词：透明导电薄膜；制备方法；TCO；石墨烯；碳纳米管、应用1 引言透明导电薄膜是一种在可见光范围内透光率较高又具有良好导电性的薄膜材料，主要应用于太阳能电池板、液晶显示屏、柔性电子设备以及智能玻璃等方面。
透明导电薄膜发展迅速，无论在材料的选择还是制备工艺的发展，有关透明导电薄膜的研究成果不断涌现。
2 种类及制备工艺透明导电薄膜种类繁多，根据原料的不同可以分为金属氧化物薄膜（TCO）、石墨烯薄膜、CNT薄膜、导电聚合物薄膜以及其它薄膜等。
2.1 金属氧化物透明导电薄膜（TCO）TCO薄膜[1]是目前研究和应用最广泛的透明导电薄膜，研究和应用较多的掺杂TCO薄膜，主要有In2O3基、ZnO基、SnO2基透明导电薄膜。
目前市场上占比最大的是氧化铟锡[2]（Indium tin oxide，简称ITO）透明导电薄膜，氧化铟锡由于具有良好导电性、耐腐蚀、易加工等优点，被广泛应用于电子工业领域。
ITO薄膜常用的制备方法[3]有磁控溅射法、电子束蒸发法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、喷涂法等，而磁控溅射是目前商业上广泛使用的薄膜制备方法之一。
但是由于ITO薄膜制备工艺复杂，需要使用复杂昂贵的辅助设备，同时铟作为稀有金属，价格昂贵，资源有限，制约了其发展。
在对传统ITO薄膜制造工艺的研究中，人们对磁控溅射制备ITO 薄膜进行了大量研究，主要集中在沉积温度、工作压力、溅射功率、后处理以及沉积速率等工艺条件对ITO 薄膜的影响上。
钟志有[4]采用直流磁控溅射方法在普通玻璃衬底上制备ITO透明导电薄膜。
研究发现，在相同的退火条件下，沉积速率较小时，薄膜的优良指数较大，具有较佳的光电综合性能。
透明导电膜材料
1
目录
一、膜材料的简介 二、ZnO：Al(TCO)薄膜的基本性质 三、TCO的实验制备方法 四、TCO的检测
2
一、薄膜材料简介
薄膜材料： 薄膜材料： 应用领域：材料科学、能源、信息 、微电子工业等;尤其 应用领域 宽禁带半导体光电功能材料，已成为各国研究的重点。 研究目的：利用新材料制备具有最佳性能的器件 研究目的 提高 生产率，降低成本; 发展方向：透明导电薄膜、具有低电阻、 高透射率等 发展方向 可作为透明导电窗口.
9
三、实验方法
目前生长ZnO薄膜的方法很多，包括脉冲激光沉积(PLD)， 分子束外延(MBE)，金属有机物化学气相沉积(MOCVD)， 射频／直流溅射(RF／DCSputtering)，电子束反应蒸 (Spray Pyrolysis)和溶胶一凝胶法(sol—gel)等。目前用 于太阳电池及其组件的ZnO薄膜制备中，国际上主要是 磁控溅射和MOCVD技术．利用磁控溅射法制备薄膜太阳 电池ZnO薄膜，通常采用AL掺杂得到较低电阻率(～10-4 欧姆.厘米)的镜面结构；为应用于太阳电池前电极，溅射 后的ZnO薄膜须采取湿法刻蚀才能形成绒面结构，以期 获得良好光散射能力
SZ-82 型数效子式四探针测试仪是运用四探针测量原理 的多用途综合测量装置。它可以测量片状、块状半导体 材料径向和轴向电阻率，测量片状半导体构材料的电阻 率和扩散层的薄层电阻(方块电阻)。换—上特制的四探针 测试夹，还可以对金属导体的低、中值电阻进行测量。 仪器由电气箱、测试架等部分组成，测试结果由数字直 接显示。电气箱主要由高灵敏度直流数字电压表和高稳 定恒流源组成。测试架探头采用宝石导向轴套和高耐磨 碳化钨探针。故定位准确、游移率小、寿命长。
透明导电薄膜TCO之原理及其应用发展
透明导电薄膜TCO之原理及其应用发展透明导电薄膜（Transparent Conductive Films，TCO）是一种在光学透明度和电导率之间取得平衡的薄膜材料。
原理上，TCO薄膜是通过掺杂导电材料到光学材料中，达到同时具有高透明度和高电导率的效果。
TCO薄膜的主要原理是靠材料的电子结构来实现。
通常，TCO薄膜由两个主要成分组成：导电材料和基底材料。
导电材料通常是金属氧化物，如氧化锌（ZnO）或氧化锡（SnO2），它们具有高电子迁移率和低电阻率的特点。
基底材料通常是通过掺杂或添加导电剂的透明绝缘体，如玻璃或塑料。
TCO薄膜的应用非常广泛。
其中最重要的应用是透明导电电极，用于太阳能电池、液晶显示器、有机光电器件等光电器件中。
由于TCO薄膜在可见光范围内具有高透明度和低电阻率，所以能够有效传输光线并提供高效的电导率，从而改善光电器件的工作效率。
除此之外，TCO薄膜还常用于光催化、触摸屏、热电器件、光电探测器等领域。
然而，目前TCO薄膜仍然面临一些挑战。
例如，TCO薄膜的电导率和光学透射率之间存在着折中关系，很难在两者之间取得完美的平衡。
此外，一些常用的导电材料，如氧化锌和氧化锡，在高温、高湿度或强光照射条件下容易退化，从而限制了TCO薄膜的长期稳定性。
为了解决这些问题，当前TCO薄膜研究重点在于开发新型材料和改进工艺技术。
例如，研究人员尝试使用新型的导电材料，如氧化铟锡（ITO）和氟化锡（FTO），以提高TCO薄膜的电导率和稳定性。
另外，一些研究还涉及到利用纳米技术和多层结构设计，以进一步改善TCO薄膜的性能。
在未来，随着光电器件和可穿戴设备等领域的不断发展，对性能更好、更稳定的TCO薄膜的需求将会进一步增加。
因此，TCO薄膜的研究和应用前景非常广阔，有望在多个行业中发挥重要作用。
新型透明导电氧化物薄膜
快速、大面积和更高清晰度显示的需求
※ a-Si 薄膜不透明，它将占用像素中的一定面积，使有效显示面积减小， 像素开口率达不到100%，背光源的光不能全部通过像素，为了获得足 够的亮度，就需要增加光源强度，从而增加功率消耗 ※ a-Si 材料的能带间隙为1.7 eV，对可见光是光敏材料，在可见光照射 下产生额外的光生载流子，使TFT性能恶化，因此每一像素单元TFT 必须对光屏蔽，即增加不透明金属掩膜板(黑矩阵)来阻挡光对TFT的 照射 增加TFT-LCD的工艺复杂性、提高成本、降低可靠性
1.背景介绍
Schematic of CSA generator
The CSA generator consists of: A trigger A hollow cathode An accelerating tube
For successful film deposition, the electron beams should be: ∙ High energy density ∙ Short time duration ∙ Long propagation length
2
5
ohmcm)
)
60
2 -1 -1 Hall mobility (cm V s )
60
20 3
Carrier Concentration (10
4
20
50 40 30 20 10 0
10 2
-2
Resistivity (10
-4
40
Resistivity
10
Hall mobility Carrier Concentration
2. 新型TCO
XRD of IMO films
透明导电薄膜(TCO)之原理及其应用发展
触控面板
触控面板是TCO应用的另一个重要领域。TCO作为电极材料，能够实现触控面板的透明和导电功能。 通过在触控面板上涂覆TCO薄膜，可以提供良好的导电性和透光性，从而实现准确的触控感应。
未来发展前景
随着人们对环保和可持续发展的日益重视，TCO在可穿戴设备、物联网、智能窗户等领 域的应用前景广阔，尤其在柔性电子和光电器件领域，TCO的发展潜力巨大。
对未来研究和发展的建议
加强基础研究
深入研究TCO的物理机制、化学性质以及 制备工艺，提高TCO的性能和稳定性。
加强跨学科合作
加强与材料科学、物理学、化学等领域的 交叉合作，共同推动TCO技术的进步。
02
TCO的电子传输性能取决于其材 料组成和晶体结构，通常采用掺 杂技术来提高电子传输性能。
光子散射机制
TCO通过光子散射实现光的透射，即光子在TCO表面和内部受到散射，改变了光 的传播方向，从而使光线能够透射TCO。
光子散射性能取决于TCO的表面和内部结构，可以通过控制制备工艺来调节光子 散射性能。
拓展应用领域
积极探索TCO在新型显示技术、光电传感 器、能源转换等领域的应用，推动TCO技 术的创新发展。
加强人才培养
培养具备创新能力和实践经验的高素质人 才，为TCO的持续发展提供人才保障。
THANKS
感谢观看
透明导电薄膜(TCO) 之原理及其应用发展
目录
• 引言 • TCO的原理 • TCO的应用领域 • TCO的发展趋势和挑战 • 结论
01
引言
目的和背景
透明导电膜的发展及运用
透明导电膜的发展及运用本文主要介绍了透明导电薄膜材料的产生和原理，以及材料性能的两种主要表征方法；并列举了一些透明导电材料的两种性能。
经过多年发展，透明导电薄膜材料形成了几种主要的制备方法，例如高温热分解喷涂法，真空蒸发镀膜法，化学气相沉积法，离子镀法，溶胶-凝胶法，溅射法等，并介绍了这几种方法的优点和缺点。
并认为透明导电膜未来的发展方向是朝着柔性材料的方向发展，并引出三种可以制备柔性透明导电薄膜材料的主要方法：第一种碳纳米材料制备的透明导电材料；第二种金属网格法制备的材料及其类似方法；第三种是印刷法制备的透明导电材料。
最后对透明导电材料的多种方法和运用做出总结，并对未来透明导电材料的市场趋势做出一些预测。
关键词：透明导电膜，ITO，纳米材料，柔性第一章绪论1.1 引言在自然界中，一些物质的性能往往不可兼得，例如材料的硬度和韧性就是一对矛盾体，硬度高往往缺乏韧性，韧性好而硬度却不符合我们的要求。
物质的导电性和透光性也是这样的矛盾体。
在工业的发展中，人类需要在一些场合下运用既透明又导电的物质，透明导电膜在此情况下诞生了。
这类材料最初的运用是在平板显示器的透明电极上。
也许1907年的Badeker（）是第一个制作出透明导电物的科学家，他通过热蒸发镉（Cd）然后形成氧化镉（CdO）的透明导电膜。
这此基础上，透明导电膜材料继续往前发展，以此形成了几个重要的阶段：二十世纪60年代，以掺锡的氧化铟的薄膜（Indium TinOxide 简称ITO）；70年代，以金属材料为基础，辅以纳米技术制作的金属基复合膜；80年代，以掺杂铝的氧化锌膜（Al-doped ZAO 膜）；90年代到现在，透明导电膜已经迎来的发展的高峰，金属网格技术，纳米金属蒸镀技术，纳米碳管膜技术，有机导电膜技术和石墨烯膜技术以满足人类的不同需要而孕育而生。
这些技术有的已经部分运用到工业生产中，有的还有部分问题没有突破，但透明导电膜已经不仅仅运用在平板显示器的电极上了，在汽车玻璃，太阳能电磁板，电磁屏蔽装置，气敏传感器，薄膜电阻器等上广发运用，而现在根据人类的需求又朝着柔性透明导电膜的方向发展。
TCO
偏光板
玻璃基板 彩色濾光片 透明電極 液晶
信號電極 掃描電極 TFT 玻璃基板 透明電極
TFT
偏光板
Display Application
OLED
Display Application
PDP
Touch Panel
Solar cell
μ = eτ/εom*
τ：relaxation time (載子移動時由此次散射到下一次散射的時間) m*：載子的有效質量 εo：真空中之介電常數 ������
要提升載子的mobility
τ↑：與TCO 薄膜的結構有關。TCO 薄膜的defect愈少， τ ↑。(extrinsic effect) m*↓：取決於TCO 材料。(intrinsic effect)
In2O3為氧化物半导体，加入SnO2作為杂质掺杂，可以产生一个导电电子 In2O3晶格中之氧缺陷(Oxygen vacancy)一個氧空缺，可以产生两个导电电子
Band gap (Eg) > 3.5eV Crystallized at T > 150 º C
TCO薄膜的導電原理
材料之導電率σ
透明导电氧化物(TCO)薄膜的 原理及其应用
Outline
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
3. TCO的光学性质
4. TCO 薄膜的市场应用及发展
1. ITO及各种透明导电氧化物材料的介绍
TCO薄膜的導電原理
電阻比(又稱體阻抗, ρ) 反比於導電率(conductivity, σ) ρ = 1/ σ ohm-cm 平面顯示器中探討的薄膜的導電性有別於半導體的導電性。 通常，面電阻(surface resistance, γ) or (sheet resistance, Rs) 被定義為薄膜表面之電阻
TCO简介
TCO薄膜的简介透明导电氧化物(transparentconductiveoxide简称TCO)薄膜主要包括In、Sb、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料，具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等共同光电特性，广泛地应用于太阳能电池、平面显示、特殊功能窗口涂层及其他光电器件领域。
透明导电薄膜以掺锡氧化铟(tindopedindiumoxide简称ITO)为代表，研究与应用较为广泛、成熟，在美日等国已产业化生产。
近年来ZnO薄膜的研究也不断深入，掺铝的ZnO薄膜(简称AZO)被认为是最有发展潜力的材料之一。
同时，人们还开发了Zn2SnO4、In4Sn3O12、MgIn2O4、CdIn2O4等多元透明氧化物薄膜材料。
TCO薄膜的制备工艺以磁控溅射法最为成熟，为进一步改善薄膜性质，各种高新技术不断被引入，制备工艺日趋多样化。
本文综述以ITO和AZO为代表的TCO 薄膜的研究进展及应用前景。
一、TCO薄膜的发展TCO薄膜最早出现于20世纪初，1907年Badeker首次制成了CdO透明导电薄膜，引起了人们的较大兴趣。
但是，直到第二次世界大战，由于军事上的需要，TCO薄膜才得到广泛的重视和应用。
1950年前后出现了SnO2基和In2O3基薄膜。
ZnO基薄膜兴起于20世纪80年代。
相当长一段时间，这几种材料在TCO薄膜中占据了统治地位。
直到上世纪90年代中期，才有新的TCO薄膜出现，开发出了多元TCO薄膜、聚合物基体TCO薄膜、高迁移率TCO薄膜以及P型TCO薄膜。
而SnO2基和In2O3基材料也通过掺加新的元素而被制成了高质量TCO 薄膜。
最近，据媒体报导，美国俄勒冈大学研究人员对TCO材料的研究取得重大突破，他们研制出一种便宜、可靠且对环境无害的透明导电薄膜材料。
该材料可用于制作透明晶体管，用来制造非常便宜的一次性电子产品、大型平面显示器和可折叠又方便携带的电器。
科学家称，这项研究成果将引导新产业和消费领域的发展。
TCO(透明导电层)的原理及其应用发展资料
磁、防护膜、太阳能电池之透明电极、防反 光涂布及热反射镜(heat reflecting mirror)等 电子、光学及光电装置上。
ITO是什么？
ITO＝Indium Tin Oxide(In2O3＋SnO2) ������ ITO的成分＝90wt%In2O3与10wt% SnO2混合物
Why choose ITO ?
特点：1.ZnO矿产产能大。 2.价格比ITO便宜(> 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)
History of TCO
������ 1907年最早使用CdO材料为透明导电镀膜，应用在photovoltaiccells. 1940年代，以Spray Pyrolysis及CVD方式沉积SnOx于玻璃基板上. ������ 1970年代，以Evaporation及Sputtering方式沉积InOx及ITO. ������ 不 1980年代，磁控溅镀﹙magnetron sputtering﹚开发，使低温沉膜制程， 论在玻璃及塑料基板均能达到低面阻值、高透性ITO薄膜. ������ 使 1990年代，具有导电性之TCO陶瓷靶材开发，使用DC磁控溅镀ITO， 沉积制程之控制更趋容易，各式TCO材料开始广泛被应用.
具有导电特性
������ 电阻比(resistivity)愈小愈好，通常ρ <10-4 Ωּ 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，其比电阻低于1×10-4 Ωּcm，即 是良好透明导电膜。
透明导电氧化物薄膜 电子版
透明导电氧化物薄膜引言透明导电氧化物薄膜是一种具有优异光透过性和导电性能的材料，广泛应用于太阳能电池、液晶显示器、触摸屏等领域。
本文将介绍透明导电氧化物薄膜的制备方法、特性及其应用领域。
制备方法透明导电氧化物薄膜的制备方法主要包括物理气相沉积法、化学气相沉积法和溶液法等。
物理气相沉积法物理气相沉积法是将金属或金属化合物通过高能量源蒸发，使其在基底表面沉积而得到薄膜。
常用的物理气相沉积方法包括热蒸发法、电子轰击蒸发法和磁控溅射法等。
物理气相沉积法制备的透明导电氧化物薄膜具有较高的纯度和均匀性。
化学气相沉积法化学气相沉积法是利用化学反应在基底表面生成透明导电氧化物薄膜。
这种方法可以通过调节气体组分和反应条件来控制薄膜的成分和物理性能。
热化学气相沉积法和非等离子体增强化学气相沉积法是常用的化学气相沉积方法。
溶液法溶液法是将金属盐溶液或金属有机配合物溶液通过涂覆、浸渍或喷涂等方式在基底表面形成薄膜。
溶液法具有简单、成本低、可扩展性强的特点，是透明导电氧化物薄膜制备的一种常用方法。
特性透明导电氧化物薄膜具有以下几个重要特性：1.光透过性：透明导电氧化物薄膜在可见光范围内具有较高的透过率，可达到90%以上，保证了应用于显示器等领域时的良好视觉效果。
2.电导率：透明导电氧化物薄膜具有较高的电导率，通常可以达到几百至几千西门子/厘米。
这种高电导率使其能够有效地传导电流，满足电子器件对导电性能的要求。
3.稳定性：透明导电氧化物薄膜具有良好的化学和热稳定性，能够在各种环境下长期稳定地工作。
这种稳定性使其能够适应各种复杂的工作条件。
4.可调性：透明导电氧化物薄膜的电学和光学性质可以通过控制制备工艺和材料组分来调节和优化。
应用领域透明导电氧化物薄膜在多个领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1.太阳能电池：透明导电氧化物薄膜作为太阳能电池的电极材料，能够提供有效的电流传输和较低的反射率，提高光电转化效率。
2.液晶显示器：透明导电氧化物薄膜用作液晶显示器的电极，具有高透过率和良好的电导率，使得显示器能够显示更清晰、亮度更高的图像。
氧化锌透明导电薄膜及其应用
氧化锌透明导电薄膜及其应用
氧化锌透明导电薄膜是一种具有广泛应用前景的新型材料。
它由氧化锌纳米颗粒组成，具有高透明度、优异的导电性能和良好的稳定性。
该材料可以应用于太阳能电池、液晶显示器、触摸屏、智能玻璃等领域。
氧化锌透明导电薄膜的制备方法主要有物理气相沉积、溶胶-凝胶法、热原子层沉积等。
其中，物理气相沉积法制备的氧化锌透明导电薄膜具有较高的导电性和透明度，但成本较高；溶胶-凝胶法制备的氧化锌透明导电薄膜成本较低，但导电性和透明度较低。
目前，氧化锌透明导电薄膜已经广泛应用于各种领域。
在太阳能电池方面，氧化锌透明导电薄膜可以作为电池的电极材料，提高电池的能量转换效率；在液晶显示器和触摸屏方面，氧化锌透明导电薄膜可以作为显示器的透明电极，实现高清晰度和高灵敏度的显示效果；在智能玻璃方面，氧化锌透明导电薄膜可以作为电极层，实现玻璃的可调光透明度。
氧化锌透明导电薄膜是一种十分优秀的材料，具有广泛应用前景。
随着科技的不断发展，相信它将会在更多领域得到应用。
透明导电薄膜之原理及其应用发展
透明导电薄膜之原理及其应用发展透明导电薄膜（Transparent Conductive Oxide, TCO）是一种具有高透明度和高电导性能的薄膜材料。
它的主要成分是一种氧化物，如二氧化锡（SnO2），氧化铟锡（ITO）和氧化铟锡锌（ITZO）。
TCO薄膜由于其特殊的物理和化学性质，被广泛应用于电子器件、太阳能电池、光电显示器、光电器件等领域。
TCO薄膜的原理是通过掺杂适当的金属或非金属元素，改变薄膜的导电性能，同时保持其高透明度。
掺杂的元素会引入额外的自由电子或空穴，从而增加电导率。
同时，薄膜的高透明性是由于导电层中的自由载流子只占一小部分，不会对光的透过率产生明显的影响。
TCO薄膜的应用发展非常广泛。
以下是几个重要的应用领域：1.光电显示器：TCO薄膜广泛应用于液晶显示器和有机发光二极管（OLED）等光电显示器中。
TCO薄膜作为透明电极，使电流能够均匀地在显示面板上流动，同时确保透明度和显示质量。
2.太阳能电池：TCO薄膜在太阳能电池中的应用十分重要。
它可以作为透明电极，用来收集并导出电流，提高光能的利用效率。
TCO薄膜的高透明性和低电阻率可以提高电池的光吸收和转化效率。
3.电子器件：TCO薄膜在其他电子器件中也有广泛的应用，如触摸屏、柔性电子器件、光纤通信器件等。
TCO薄膜作为透明导电材料，可以为这些器件提供高透明度和高电导性能。
4.光学材料：在光学领域，TCO薄膜可以作为抗反射涂层，改善光学仪器的透光性能。
它还可以用于红外传感器、光学滤波器和反射镜等器件中，以提高其性能。
总之，TCO薄膜是一种重要的功能材料，具有高透明度和高电导性能。
它在电子器件、太阳能电池、光电显示器等领域都有广泛应用，并且不断发展和创新。
随着科技的不断进步，TCO薄膜的性能将不断改进，为各种应用提供更好的解决方案。
TCO透明导电薄膜简介
TCO透明导电薄膜简介前言透明导电氧化物transparentconductiveoxide简称TCO薄膜主要包括In、Sb、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等共同光电特性广泛地应用于太阳能电池、平面显示、特殊功能窗口涂层及其他光电器件领域。
透明导电薄膜以掺锡氧化铟tindopedindiumoxide简称ITO为代表研究与应用较为广泛、成熟在美日等国已产业化生产。
近年来ZnO薄膜的研究也不断深入掺铝的ZnO薄膜简称AZO被认为是最有发展潜力的材料之一。
同时人们还开发了Zn2SnO4、In4Sn3O12、MgIn2O4、CdIn2O4等多元透明氧化物薄膜材料。
TCO薄膜的制备工艺以磁控溅射法最为成熟为进一步改善薄膜性质各种高新技术不断被引入制备工艺日趋多样化。
本文综述以ITO和AZO为代表的TCO薄膜的研究进展及应用前景。
一、TCO薄膜的发展TCO薄膜最早出现于20世纪初1907年Badeker首次制成了CdO透明导电薄膜引起了人们的较大兴趣。
但是直到第二次世界大战由于军事上的需要TCO薄膜才得到广泛的重视和应用。
1950年前后出现了SnO2基和In2O3基薄膜。
ZnO基薄膜兴起于20世纪80年代。
相当长一段时间这几种材料在TCO薄膜中占据了统治地位。
直到上世纪90年代中期才有新的TCO薄膜出现开发出了多元TCO薄膜、聚合物基体TCO薄膜、高迁移率TCO 薄膜以及P型TCO薄膜。
而SnO2基和In2O3基材料也通过掺加新的元素而被制成了高质量TCO薄膜。
最近据媒体报导美国俄勒冈大学研究人员对TCO材料的研究取得重大突破他们研制出一种便宜、可靠且对环境无害的透明导电薄膜材料。
该材料可用于制作透明晶体管用来制造非常便宜的一次性电子产品、大型平面显示器和可折叠又方便携带的电器。
科学家称这项研究成果将引导新产业和消费领域的发展。
这种薄膜材料的成分是无定型重金属阳离子氧化物与导电物质碳相比具有很多优点相对于有机聚合体导电物质来说亦具有较高的灵活性和化学稳定性容易制造也更加坚硬。
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HW
2008/04/17
Outline
1. ITO及各種透明導電氧化物材料的介紹
透明導電氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)
2. TCO的導電原理
3. TCO的光學性質
4. TCO 薄膜之市場應用及發展
1. ITO及各種透明導電氧化物材料的介紹
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光度 早期使用之透明電極 缺點：光的吸收度大、硬度低、穩定性差
透明導電薄膜
金屬化合物薄膜(TCO)
泛指具有透明導電性之氧化物、氮化物、氟化物
a. 氧(氮)化物：In2O3、SnO2、ZnO、CdO、TiN b. 摻雜氧化物：In2O3:Sn (ITO)、ZnO:In (IZO)、ZnO:Ga (GZO) ZnO:Al (AZO)、SnO2:F、TiO2:Ta
摻雜物(載子)密度對透光度的影響
AZO (antimony doped tindioxide)
Sb摻雜在SnO2中
Sb
電阻率最小 3.98 ×10-3Ω-cm Sb2O5析出， 造成光的散射
ITO的光學性質
電阻比= 面阻值x 膜厚 (ρ = γ x D)
低面阻值ITO玻璃鍍膜，電阻比越低越好 考慮高穿透率，膜厚的設計必須避免建設性的干涉， 所以nd=(2m+1)λ/4，m=1,2,3,4….。
TCO的光學性質
TCO在短波長的透光範圍：由能隙(energy gap)決定 在長波長的透光範圍：由電漿頻率(ωp，plasma frequence) 決定
由電漿頻率決定的波長 (此一波長隨載子濃度而移動)
入射光將價帶的 電子激發到導帶
紫外線區
TCO的光學性質
為降低In2O3、SnO2、ZnO等透明導體的電阻率， 通常加入Sn、Al、Sb等摻雜物以提高載子密度。 載子密度增加會影響透明性 電漿頻率ω = (4πne2/m*)1/2
TCO薄膜的導電原理
載子的mobility (μ)
μ = eτ/εom*
τ：relaxation time (載子移動時由此次散射到下一次散射的時間) m*：載子的有效質量 εo：真空中之介電常數 ������
要提昇載子的mobility
τ↑：與TCO 薄膜的結構有關。TCO 薄膜的defect愈少， τ ↑。(extrinsic effect) m*↓：取決於TCO 材料。(intrinsic effect)
ITO 組成在In2O3/SnO2 = 90/10時 ������ 最快的蝕刻速率
ITO成膜時基板溫度：200º C
ITO成膜時基板溫度：RT
銦(In)礦的主要應用
資料來源：工研院經資中心
各種TCO材料-ZnO系透明導電膜
主要成員：ZnO (3~5 ×10-4 Ω-cm) ZnO:In (IZO) (2~4 ×10-4 Ω-cm )、 ZnO:Ga(GZO) (1.2×10-4 Ω-cm)、 ZnO:Al (AZO) (1.3×10-4 Ω-cm)、 ZnO:Ti
Band gap (Eg) > 3.5eV Crystallized at 材料之導電率σ
σ = neμ
其中n = 載子濃度 (就TCO材料包括電子及電洞) e：載子的電量 μ：載子的mobility
載子由摻雜物的混入及 離子的缺陷生成
TCO中導電性最好的ITO，載子濃度約1018~1019 cm-3 ﹙金屬載子濃度約1022 ~10~23 cm-3﹚
D 穿透度低的話(膜的厚薄)， 反射率相對提高，就易造成干涉。
TCO薄膜之品質需求
1. 高穿透度、吸收小
2. 低電阻比﹙以較低之薄膜厚度得到較佳之導電性﹚
3. 膜厚均勻性 4. 良好的附著力 5. 蝕刻製程容易 6. 耐候性佳，受環境影響小 7. 無Pin hole 8. 無Hill lock
1. ITO及各種透明導電氧化物材料的介紹
TCO薄膜的導電原理
電阻比(又稱體阻抗, ρ) 反比於導電率(conductivity, σ) ρ = 1/ σ ohm-cm 平面顯示器中探討的薄膜的導電性有別於半導體的導電性。 通常，面電阻(surface resistance, γ) or (sheet resistance, Rs) 被定義為薄膜表面之電阻
其中，n：載子濃度 e：載子的電量 m*：傳導有效質量 以ZnO為例， ω = (4πne2/m*)1/2 = 4πx4.3x1019x(1.6x10-19)2 0.24x0.91x10-30 = 7958529.409 => λ=789nm 1/2
ω=2π/λ
載子濃度n增加，ω變大， 光吸收範圍向可見光擴展
透明導電氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)
2. TCO的導電原理
3. TCO的光學性質
4. TCO 薄膜之市場應用及未來發展
什麼是透明導電薄膜 ?
在可見光波長範圍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 而言太陽光全波長範圍之透光度及熱穩定性
具有導電特性
������ 電阻比(resistivity) 愈小愈好，通常ρ <10-4 Ωּ cm ������
一般而言，導電性提高，透光度便下降，反之亦然。可見光 範圍具有80 % 以上的透光率，其比電阻低於1×10-4 Ωּcm，即 是良好透明導電膜。
透明導電薄膜
純金屬薄膜
������
磁、防護膜、太陽能電池之透明電極、防反 光塗佈及熱反射鏡(heat reflecting mirror)等 電子、光學及光電裝置上。
ITO是什麼？
ITO＝Indium Tin Oxide(In2O3＋SnO2) ������ ITO的成分＝90wt% In2O3與10wt% SnO2混合物
Why choose ITO ?
魚與熊掌不可兼得
γ = ρ/D
ITO薄膜的導電性要好(面電阻低) ，膜厚要增大， 因此薄膜的穿透度會降低
1. ITO及各種透明導電氧化物材料的介紹
透明導電氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)
2. TCO的導電原理
3. TCO的光學性質
4. TCO 薄膜之市場應用及未來發展
在TCO材料中有最佳的導電性(電阻比低) 在可見光波段有良好的透光度 良好的耐候性，受環境影響小 大面積鍍膜製程容易(成熟) 蝕刻製程容易(成熟) 成本低?
ITO之組成及特性
ITO 組成在In2O3/SnO2 = 90/10時 ������ 最低的電阻比及最高的光穿透率
ITO之組成及特性
透明導電氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)
2. TCO的導電原理
3. TCO的光學性質
4. TCO 薄膜之市場應用及未來發展
TCO 薄膜之市場應用–ITO 之應用
Display Application
PM LCD
Display Application
AM LCD
特點：1. ZnO礦產產能大。 2. 價格比ITO 便宜(> 200% cost saving) 。 3. 部分AZO靶材可在100% Ar環境下成膜，製程控制容易。 4. 耐化性比ITO 差，通常以添加Cr、Co 於ZnO系材料中來 提高其耐化性。
1. ITO及各種透明導電氧化物材料的介紹
透明導電氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)
偏光板
玻璃基板 彩色濾光片 透明電極 液晶
信號電極 掃描電極 TFT 玻璃基板 透明電極
TFT
偏光板
Display Application
OLED
Display Application
PDP
Touch Panel
Solar cell
Electrochromic Window (電致變色玻璃)
2. TCO的導電原理
3. TCO的光學性質 4. TCO 薄膜之市場應用及未來發展
TCO薄膜的導電原理
(n-type TCO)-- ITO
In2O3為氧化物半導體，加入SnO2作為雜質參雜，可以產生一個導電電子 In2O3晶格中之氧缺陷(Oxygen vacancy)一個氧空缺，可以產生兩個導電電子
面電阻 Rs = ρ × (L/D· ohms W) 設定γ = ρ/D (單位：ohms/ ) 則Rs = γ × (L/W) 假設在一個L = W 之平方面積中，Rs = γ
TCO薄膜的導電
比較ITO及銀薄膜的面電阻及穿透度
ITO ρ γ=ρ/D D= ρ/γ 2x10-4 ohm-cm 10 ohm/ 2x10-5 cm (2000Å) Ag 1.8x10-6 ohm-cm 10 ohm/ 1.8x10-7 cm (18Å)
������ 2000年代，主要的透明導電性應用以ITO 材料為主，磁控濺鍍ITO成為 市 場上製程的主流.
透明導電薄膜主角-- ITO
中文名稱：銦錫氧化物 英文全名：Indium Tin Oxide（ITO）
成分：摻雜錫之銦氧化物(Tin-doped Indium Oxide)
年代：1934年被美國銦礦公司最早合成出來 世界最大ITO薄膜製造國：日本 選用率：在TCO材料中，75%應用在平面顯示器 主要應用：平面顯示器、透明加熱元件、抗靜電膜、電
c. 混合氧化物：In2O3-ZnO、CdIn2O4、Cd2SnO4、Zn2SnO4
History of TCO