新型透明导电氧化物薄膜
TCO薄膜简介
TCO薄膜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。
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.
透明导电薄膜最新进展
透明导电薄膜最新进展透明导电薄膜最新进展透明导电薄膜是一种具有广泛应用前景的材料，它可以在保持透明度的同时，具备良好的导电性能。
近年来，透明导电薄膜领域取得了一系列令人瞩目的进展，为其在电子设备、光电器件、触摸屏、太阳能电池等领域的应用打开了新的可能性。
首先，新型透明导电薄膜材料的研究取得了重要突破。
过去常用的透明导电薄膜材料如氧化锡、氧化铟锡等具有一定的导电性能，但其透明度较低，限制了它们在高端领域的应用。
近年来，研究人员开发出了许多新型材料，如氧化铟锌、氧化铟锌锡等，这些材料在保持较高透明度的同时，具备优异的导电性能，为透明导电薄膜的应用提供了更多选择。
其次，透明导电薄膜的制备技术也得到了显著改进。
传统的制备方法如物理气相沉积、溅射法等存在成本高、生产效率低的问题，限制了透明导电薄膜的大规模应用。
近年来，研究人员开发出了一系列新的制备技术，如溶液法、喷雾法、激光印刷等，这些技术具有低成本、高效率的特点，能够大规模制备高质量的透明导电薄膜，进一步推动了其应用的发展。
此外，透明导电薄膜在电子设备领域的应用也有了长足的进展。
触摸屏、柔性显示器、有机发光二极管等设备对高透明度和良好导电性能的要求很高，透明导电薄膜的出现满足了这些需求。
同时，透明导电薄膜还被应用于太阳能电池领域，用于提高电池的光吸收效率和电子传输能力，进一步提高太阳能电池的转换效率。
综上所述，透明导电薄膜的最新进展为其在电子设备、光电器件、太阳能电池等领域的应用提供了更多可能性。
随着材料研究、制备技术的不断发展，透明导电薄膜有望在更多领域展现出其巨大的潜力。
相信未来会有更多创新的突破，推动透明导电薄膜的应用进一步发展。
ito导电膜原理
ito导电膜原理ITO导电膜是一种常见的导电膜材料，具有优良的光学和电学性能。
它被广泛应用于电子显示器、太阳能电池、触摸屏等领域。
本文将介绍ITO导电膜的原理及其在各个领域的应用。
ITO导电膜的原理主要基于其材料特性。
ITO是铟锡氧化物（Indium Tin Oxide）的简称，它是一种无机材料，具有透明、导电的特性。
ITO薄膜通常通过物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）等方法制备。
ITO导电膜的导电机制主要是由于铟离子（In3+）和锡离子（Sn4+）在氧气的作用下形成了氧化物晶格，并通过掺杂的方式引入了一定数量的自由电子。
这些自由电子在ITO薄膜中能够自由移动，从而形成了良好的电子导电性。
同时，ITO薄膜的晶格结构对光的透过性也有一定影响，使得ITO导电膜既具有良好的导电性能，又具备较高的透光率。
ITO导电膜在电子显示器中的应用非常广泛。
例如，在液晶显示器中，ITO导电膜作为透明电极，被用于驱动液晶分子的排列，实现图像的显示。
而在有机发光二极管（OLED）中，ITO导电膜则用作电极材料，使得电子和空穴能够在导电膜中注入并发光。
此外，ITO 导电膜还可以用于电子墨水屏、柔性显示器等各种新型显示技术中。
除了电子显示器，ITO导电膜还在太阳能电池领域有着广泛的应用。
在太阳能电池中，ITO导电膜作为透明电极，用于收集光电池发出的电流。
由于ITO导电膜具有较高的透光率和导电性能，能够最大限度地提高太阳能电池的光电转换效率。
ITO导电膜还被广泛应用于触摸屏技术中。
触摸屏是一种通过感应用户触摸位置来实现交互的技术，而ITO导电膜则作为触摸屏的感应电极。
当用户触摸屏幕时，ITO导电膜上的电流会发生变化，从而被感应器检测到，并通过算法计算出触摸位置。
ITO导电膜在触摸屏技术中的应用使得触摸屏具有了高灵敏度和精准度。
ITO导电膜是一种重要的导电材料，其原理基于铟锡氧化物的导电特性。
它在电子显示器、太阳能电池、触摸屏等领域具有广泛的应用。
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。
透明导电薄膜(tco)
TCO薄膜的導電原理
➢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﹚
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。
1. ITO及各種透明導電氧化物材料的介紹
■ 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
■
沉積製程之控制更趨容易，各式TCO材料開始廣泛被應用.
■ 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
m*↓：取決於TCO 材料。(intrinsic effect)
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
ito材料
ito材料ITO材料是一种用于制备ITO透明导电薄膜的材料，其中ITO 代表着铟锡氧化物（Indium Tin Oxide）。
ITO材料具有优异的透明性和导电性，被广泛应用于电子显示器、太阳能电池、触摸屏和光电器件等领域。
ITO材料的制备主要是通过物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）的方法。
这种方法利用高温和低压下的真空环境，将金属铟和锡在氧气氛围中蒸发，然后在基底表面生成ITO薄膜。
通过调节蒸发速率和氧气流量，可以控制ITO 薄膜的组成和性能。
ITO薄膜通常具有高透过率和低电阻率的特点。
其透明性使得光线可以穿过薄膜，适用于各种显示器件。
此外，ITO薄膜还具有良好的电导率，可用于导电电极和连接器。
它们的导电性能可以通过调整薄膜的厚度和添加适量的掺杂剂来改善。
在电子显示器方面，ITO薄膜广泛应用于液晶显示器和有机发光二极管显示器（OLED）。
液晶显示器利用ITO薄膜作为透明导电电极，来控制液晶分子的排列和光的透射，从而实现像素点的切换和显示功能。
OLED显示器则利用ITO薄膜作为透明电极和光辐射层，实现高亮度、高对比度和快速响应的显示效果。
除了电子显示器，ITO材料还广泛用于太阳能电池和触摸屏等领域。
在太阳能电池中，ITO薄膜用作透明导电电极，将光能转化为电能。
触摸屏则利用ITO薄膜作为感应电极，感应触摸信号，并将其转化为计算机或其他设备可以识别的信号。
然而，ITO材料也存在一些问题。
首先，铟和锡是稀有金属，供应有限，使得ITO薄膜的成本较高。
其次，ITO薄膜在柔性基底上的应用存在困难，因为ITO薄膜易碎且不耐弯曲。
因此，研究人员正在寻找代替ITO材料的新型透明导电材料，以解决这些问题。
总之，ITO材料作为一种优秀的透明导电材料，广泛应用于电子显示器、太阳能电池、触摸屏和光电器件等领域。
虽然存在一些问题，但其透明性和导电性使得ITO材料成为了许多先进技术的关键组成部分。
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内
1.
容
背景介绍
透明导电氧化物(TCO)薄膜和透明氧化物半导体 (TOS)薄膜的特点、应用和发展需求
2.
新型高迁移率和近红外高透射率透明导电 氧化物薄膜的研究
新型透明氧化物/氧硫化物半导体薄膜及其 器件的研究进展 小结
3.
4.
1.背景介绍
Preparation techniques
磁控溅射
Channel Spark Ablation
溅射电流：100 mA
溅射电流：200 mA
(a) In 3d5/2
Intensity (a.u.)
In 3d3/2
455
450 445 Binding Energy (eV)
440
2. 新型TCO
Applied Surface Science, 2007, xx: xxx-xxx 迁移率高达358 cm2/Vs 迁移率高达99 cm2/Vs
有机半导体 — 有报道获得了与a-Si同样性能的有机TFT。但它们的性能、 热学和化学不稳定性对于实际应用还有距离。例如，有机TFT的场效应 迁移率太低，无法驱动快速高分辨率的LCD和OLED显示 透明氧化物如ZnO和In2O3其迁移率较高，工艺温度低，因此在AMLCD 中采用低温透明氧化物半导体TFT将是一个有效的解决途径。若用全透 明氧化物TFT代替a-Si TFT作为像素开关，将大大提高有源矩阵的开口 率，从而提高亮度，降低功耗
目前为止TCO薄膜均作为单一被动的电学涂层或光学涂层， 即利用其金属导电性和光学透明性，早期的研究目标也都集 中在提高其电导率及其可见光范围的透射率
1.背景介绍
TCO Structure Types
In2O3 方铁锰矿结构 6-coordinate In3+ 4-coordinate O2-
ZnO 纤锌矿结构 4-coordinate Zn2+ 4-coordinate O2-
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
1.背景介绍
(a-Si)- / (p-Si)-TFT的问题
有源矩阵液晶显示(AMLCD)中使用的TFT主要有两种:(a-Si)-TFT和(p-Si)TFT。由于a-Si TFT易于在低温下大面积制备，技术成熟，是目前使用最为 广泛的技术 局限于逻辑开关和低分辨率面板的应用 ※ a-Si TFT的载流子迁移率﹤1 cm2/V· s，电流供给能力较弱，不能适应
1500 2000 2500 3000
非晶IMO薄膜
0 500 1000 Wavelength(nm)
Semicond. Sci. Technol. 2005, 20: 823-828
2. 新型TCO
IWO薄膜的光电特性
30
-3
70
cm
80
(h) (10 cm eV )
undoping doping tungsten of 2 wt% doping tungsten of 4 wt% doping tungsten of 6 wt%
SiO, SiO2, Al2O3, TiO2 cannot be conduct !
So how to get a Transparent Conductor??
Mix a Metal Oxide and a Metal !! Form a NON Stoichiometric Metal Oxide film → Modify a transparent material for electrical conduction
※ 可以适当集成驱动电路于面板中，减小了面板整体重量与体积
※ 开口率较大，整体的透光效率较佳，满足省电与高画质的显示效果
※ 但是，p-Si TFT技术同时具有：
工艺复杂、设备昂贵、成本高 LTPS TFT也不透明 其工艺温度对有机基板而言太高，不能适应柔性显示的需求
1.背景介绍
柔性电子学
SnO2 金红石结构 6-coordinate Sn4+ 3-coordinate O2-
1.背景介绍
透明导电薄膜的应用领域
柔性LCD 平板显示器件 透明电子器件
电子纸张
太 阳 能 电 池
透明导电 薄膜应用
电 磁 屏 蔽 窗
柔性太阳能电池
建筑涂层
触摸屏
1.背景介绍
TCO/TOS薄膜的发展趋势与需求 TCO/TOS领域的发展空间？ TCO/TOS新的发展方向？
1.背景介绍
Model of TFET
1.背景介绍
Transparent Electronics
J. F. Wager, Science, 2003, 300:1245 TCO thin films + p-n junction, transistor, FET etc. Transparent Devices Low Temp. Grown Tech. Electronic paper, Wearable computer TCO and TOS with high mobility n, p-type TOS thin films
2. 新型TCO
Thin Solid Films, 1999, 351: 164-169
内
1.
容
背景介绍
透明导电氧化物(TCO)薄膜和透明氧化物半导体 (TOS)薄膜的特点、制备方法、应用、发展需求
2.
新型高迁移率和近红外高透射率透明导电 氧化物薄膜的研究
1.背景介绍
TCO/TOS薄膜的特点
金属导电性 + 可见光范围的透明性，其导电性能可以通过 控制掺杂浓度等实现从绝缘体、半导体到导体的转变 电导率正比于载流子浓度和载流子迁移率 载流子浓度 ↑ 透明性↓
已经成为平板显示、太阳能电池和透明电子器件中不可或缺 的材料 In2O3:Sn (ITO)：TCO的代表；SnO2:F 和 ZnO:Al
1.背景介绍
(a-Si)- / (p-Si)-TFT的问题
低温多晶硅(LTPS)TFT凭借其较高的载流子迁移率（比非晶硅高两 个数量级），具有反应速度快、高亮度、高清晰度等优点
能够满足制备简单逻辑电路并在视频应用下的要求，成为一种
继a-Si TFT的主流技术，并具有(a-Si)-TFT无法比拟的其它优越性：
原因：W+6与In+3之间的价态差3， 载流子浓度为2.9× 1020 cm-3 (ITO:9.4× 1020cm-3)；载流子迁移 率又达到了60 cm2V-1s-1左右，高 于ITO薄膜的载流子迁移率，从而 实现了IWO薄膜的低电阻率和包括 近红外区域在内的高透明性。
100
多晶IWO薄膜
IWO films
这一前沿领域无需采用Si MOS技术，以在有机塑料（柔性）基板替代 无机玻璃（硬质）基板上制造电路为特点，它的诞生是为了满足大面积 显示/大面积太阳能电池的强烈需求
对于柔性电子学，非晶半导体比多晶半导体更优越。但是最低温度制备 非晶硅需要220℃的温度，因此只能在150℃以下使用的PET等廉价的塑 料薄膜上制备a-Si TFT非常困难
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
Conductors
σ=105-106 (Ω-1.cm-1)
Semiconductors
σ=104 –10-6 (Ω-1.cm-1)
Insulators
σ=﹤10-7 (Ω-1.cm-1)
1.背景介绍
TCO/TOS薄膜的定义
TCO：Transparent Conductive Oxide TOS：Transparent Oxide Semiconductor
广泛应用的是n型TCO；p型TCO的出现 TOS：TCO薄 膜的前沿领域
新型TCO薄膜 —— 具有高迁移率和近红外高透射率 优质高性能的ITO薄膜 优良光电特性的p-TOS薄膜
基于各类n-/p-TOS薄膜的光电子器件的研发
2. 新型TCO
载流子迁移率的重要性
载流子迁移率是电子在外电场作用下在固体中运动效率的 量度
2
20
1 0 0
0 3.0 3.5 4.0 4.5 Photon energy (eV)
1.0
1.2
1Байду номын сангаас4
1.6
1.8
2.0
Oxygen partial pressure ( Pa)
2. 新型TCO
Intensity (a.u
In和W的XPS谱
42 40 38 36 34 32 30 Binding energy (eV)
Definition： An oxide thin film is transparent to visible light (400 - 700 nm) and conducting to electricity