第八章透明导电薄膜
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➢具有导电特性
电阻率 (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，其电阻率低于1×10-4 Ωּcm， 即是良好透明导电膜。
透明导电薄膜
➢纯金属薄膜
✓Au、Ag、Pt、Cu、Al、Cr、Pd、Rh，在< 10nm厚度的薄膜， 均有某种程度的可见光透过率
ITO成膜时基板溫度：200ºC
ITO成膜时基板溫度：RT
铟(In)矿的主要应用
各种TCO材料-ZnO系透明导电膜
主要成员：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 T > 150 ºC
TCO薄膜的导电原理
➢材料之电导率σ
σ = neμ
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 μ：载流子的mobility
由掺杂物的混入及离子的 缺陷生成
TCO中导电性最好的ITO，载流子浓度約1018~1019 cm-3 ﹙金属载流子浓度約1022 ~10~23 cm-3﹚
m*↓：取決于TCO 材料。(intrinsic effect)
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)-- ITO
➢In2O3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
第八章 透明导电薄膜 (TCO)
Outline
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
1. ITO及各种透明导电氧化物材料的介紹
磁、防护膜、太阳能电池之透明电极、防反 光涂层及热反射镜(heat reflecting mirror)等 电子、光学及光电裝置上。
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 ?
透明导电薄膜主角-- ITO
中文名称：铟锡氧化物 英文全名：Indium Tin Oxide（ITO）
成分：摻杂锡之铟氧化物(Tin-doped Indium Oxide)
年代：1934年被美国铟矿公司最早合成出來
世界最大ITO薄膜制造国：日本
选用率：在TCO材料中，75%应用在平面显示器 主要应用：平面显示器、透明加热元件、抗靜电膜、电
TCO薄膜的导电原理
➢载流子的mobility (μ)
μ = eτ/εom*
τ：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 εo：真空中之介电常数
➢要提升载流子的mobility
τ↑：与TCO 薄膜的结构有关。TCO 薄膜的defect愈少， τ ↑。(extrinsic effect)
➢在TCO材料中有最佳的导电性(电阻率低) ➢在可见光波段有良好的透光度 ➢良好的耐受性，受环境影响小 ➢大面积镀膜工艺容易(成熟) ➢刻蚀过程容易(成熟) ➢成本低?
ITO之结构及特性
ITO 结构在In2O3/SnO2 = 90/10时具有 ➢最低的电阻率及最高的光穿透率
ITO之结构及特性
ITO 结构在In2O3/SnO2 = 90/10时 ➢最快的刻蚀速率
ZnO:Al (AZO)、SnO2:F、TiO2:Ta c. 混合氧化物：In2O3-ZnO、CdIn2O4、Cd2SnO4、Zn2SnO4
History of TCO
1907年最早使用CdO材料为透明导电膜，应用在photovoltaic cells. 1940年代，以Spray Pyrolysis及CVD 方式沉积SnOx在玻璃基板上. 1970年代，以Evaporation 及Sputtering 方式沉积InOx及ITO. 1980年代，磁控溅射﹙magnetron sputtering﹚开发，不论在玻璃及塑胶板 均能达到低面阻值、高透光性ITO薄膜. 1990年代，具有导电性之TCO陶瓷靶材开发，使用DC 磁控溅射ITO，使 沉积过程更容易，各式TCO材料开始被广泛应用. 2000年代，主要的透明导电性应用以ITO 材料为主，磁控溅射ITO成为市 场上制作的主流.
特点：1. ZnO矿产丰富。 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，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)
✓早期使用之透明电极 ✓缺点：光的吸收度大、硬度低、稳定性差
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. 摻杂氧化物：In2O3:Sn (ITO)、ZnO:In (IZO)、ZnO:Ga (GZO)
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透明导电薄膜 ?
➢在可见光波長范围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
电阻率 (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，其电阻率低于1×10-4 Ωּcm， 即是良好透明导电膜。
透明导电薄膜
➢纯金属薄膜
✓Au、Ag、Pt、Cu、Al、Cr、Pd、Rh，在< 10nm厚度的薄膜， 均有某种程度的可见光透过率
ITO成膜时基板溫度：200ºC
ITO成膜时基板溫度：RT
铟(In)矿的主要应用
各种TCO材料-ZnO系透明导电膜
主要成员：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 T > 150 ºC
TCO薄膜的导电原理
➢材料之电导率σ
σ = neμ
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 μ：载流子的mobility
由掺杂物的混入及离子的 缺陷生成
TCO中导电性最好的ITO，载流子浓度約1018~1019 cm-3 ﹙金属载流子浓度約1022 ~10~23 cm-3﹚
m*↓：取決于TCO 材料。(intrinsic effect)
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)-- ITO
➢In2O3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
第八章 透明导电薄膜 (TCO)
Outline
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
1. ITO及各种透明导电氧化物材料的介紹
磁、防护膜、太阳能电池之透明电极、防反 光涂层及热反射镜(heat reflecting mirror)等 电子、光学及光电裝置上。
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 ?
透明导电薄膜主角-- ITO
中文名称：铟锡氧化物 英文全名：Indium Tin Oxide（ITO）
成分：摻杂锡之铟氧化物(Tin-doped Indium Oxide)
年代：1934年被美国铟矿公司最早合成出來
世界最大ITO薄膜制造国：日本
选用率：在TCO材料中，75%应用在平面显示器 主要应用：平面显示器、透明加热元件、抗靜电膜、电
TCO薄膜的导电原理
➢载流子的mobility (μ)
μ = eτ/εom*
τ：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 εo：真空中之介电常数
➢要提升载流子的mobility
τ↑：与TCO 薄膜的结构有关。TCO 薄膜的defect愈少， τ ↑。(extrinsic effect)
➢在TCO材料中有最佳的导电性(电阻率低) ➢在可见光波段有良好的透光度 ➢良好的耐受性，受环境影响小 ➢大面积镀膜工艺容易(成熟) ➢刻蚀过程容易(成熟) ➢成本低?
ITO之结构及特性
ITO 结构在In2O3/SnO2 = 90/10时具有 ➢最低的电阻率及最高的光穿透率
ITO之结构及特性
ITO 结构在In2O3/SnO2 = 90/10时 ➢最快的刻蚀速率
ZnO:Al (AZO)、SnO2:F、TiO2:Ta c. 混合氧化物：In2O3-ZnO、CdIn2O4、Cd2SnO4、Zn2SnO4
History of TCO
1907年最早使用CdO材料为透明导电膜，应用在photovoltaic cells. 1940年代，以Spray Pyrolysis及CVD 方式沉积SnOx在玻璃基板上. 1970年代，以Evaporation 及Sputtering 方式沉积InOx及ITO. 1980年代，磁控溅射﹙magnetron sputtering﹚开发，不论在玻璃及塑胶板 均能达到低面阻值、高透光性ITO薄膜. 1990年代，具有导电性之TCO陶瓷靶材开发，使用DC 磁控溅射ITO，使 沉积过程更容易，各式TCO材料开始被广泛应用. 2000年代，主要的透明导电性应用以ITO 材料为主，磁控溅射ITO成为市 场上制作的主流.
特点：1. ZnO矿产丰富。 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，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)
✓早期使用之透明电极 ✓缺点：光的吸收度大、硬度低、稳定性差
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. 摻杂氧化物：In2O3:Sn (ITO)、ZnO:In (IZO)、ZnO:Ga (GZO)
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透明导电薄膜 ?
➢在可见光波長范围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