透明导电膜介绍
透明导电薄膜
透明导电薄膜介绍透明导电薄膜是一种具有透明性和导电性的薄膜材料。
它在透明电子器件、光电器件以及柔性电子器件等领域具有广泛的应用。
透明导电薄膜可以使光线透过并具有电导性能，可以用来制造触摸屏、太阳能电池、有机发光二极管（OLED）等先进电子产品。
制备技术透明导电薄膜的制备主要有以下几种技术：1.溅射法：这种方法是通过高能离子轰击基底材料，使目标材料从靶上脱落，并最终沉积在基底上形成薄膜。
这种方法制备的透明导电薄膜具有良好的电导性能和透明性，但成本较高。
2.化学气相沉积法（CVD）：这是一种将气体物质沉积在基底上形成薄膜的方法。
通过控制反应气体的流量和温度，可以获得具有高透明性和高导电性的薄膜。
3.溶液法：这种方法是将透明导电材料溶解在溶液中，然后通过浸涂、印刷或喷涂等方式将溶液涂覆在基底上，形成薄膜。
这种方法成本低、工艺简单，适用于大面积薄膜的制备。
透明导电材料常见的透明导电材料有以下几种：1.氧化锌薄膜：这种薄膜具有优良的透明性和导电性能，是一种非常重要的透明导电薄膜材料。
氧化锌薄膜可以通过溅射法、CVD法等多种方法制备。
2.氧化铟锡薄膜（ITO）：这是目前应用最广泛的透明导电薄膜材料之一。
它具有优良的透明性和导电性能，适用于各种光电器件的制备。
3.氧化铟锌薄膜（IZO）：这种薄膜是氧化铟锡薄膜和氧化锌薄膜的复合材料，具有较高的透明性和良好的导电性能。
IZO薄膜在柔性电子器件领域有广泛的应用。
应用领域透明导电薄膜在多个领域具有广泛的应用：1.触摸屏：透明导电薄膜广泛应用于触摸屏技术中。
透明导电薄膜作为触摸屏的导电电极，可以实现通过触摸屏操作电子设备的功能。
2.太阳能电池：透明导电薄膜用作太阳能电池中的透明导电电极，可以实现光的透过和电的导通，提高太阳能电池的转换效率。
3.有机光电子器件：透明导电薄膜可以用作有机发光二极管（OLED）的导电电极，实现有机光电子器件的制备。
4.柔性电子器件：透明导电薄膜具有柔性特性，可以应用于柔性电子器件的制备，如柔性电子显示器、柔性电池等。
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.
ITO膜的主要性能参数
ITO膜的主要性能参数ITO膜（Indium Tin Oxide film）是一种广泛应用于光电子器件中的透明导电薄膜材料。
在过去的几十年里，ITO膜已经成为一种非常重要的材料，特别是在液晶显示器、智能手机、光伏电池和触摸屏等领域。
以下是ITO膜的主要性能参数。
1.透明性能：ITO膜具有很高的透明性，可以高达90%以上。
透射率对于光电子器件的正常工作至关重要，因为ITO膜通常用作透明电极，需要保持较高的透光性。
2. 电阻率：ITO膜的电阻率是指电流在薄膜内的电阻能力。
低电阻率是ITO膜的重要特点，通常在10-4到10-3Ω·cm范围内。
较低的电阻率意味着较低的电阻，这对于电子器件的正常工作和高效率非常重要。
3.厚度均匀性：ITO膜的均匀厚度是其正常工作的关键之一、ITO膜的厚度通常在100到500纳米之间，要求薄膜的厚度在大面积内是均匀的，以确保光电子器件的性能稳定和一致性。
4.光学透射率：ITO膜的光学透射率是指光在通过薄膜时的能量损失程度。
ITO膜具有较高的光学透射率，可以实现高亮度和清晰度的显示效果。
此外，ITO膜还具有较低的散射能力，有助于提高光电子器件的光背景和对比度。
5. 导电性能：ITO膜是一种导电薄膜材料，可以进行电导。
ITO膜的导电性能主要体现在电导率上，电导率通常为10^3到10^4 S/cm。
高导电能力对于电子器件的快速响应和高效能输入输出是必要的。
6.机械稳定性：ITO膜需要具有较强的机械稳定性，以确保其在实际应用中的持久性和可靠性。
这意味着ITO膜需要具有较高的耐磨损性和抗划伤性，以及对化学和环境介质的抗腐蚀性。
7.热稳定性：ITO膜需要具有良好的热稳定性，以承受高温处理和应用中的温度变化。
在一些情况下，ITO膜可能需要承受较高的温度，而不会发生膜的破裂、变形或失效。
8.耐久性：ITO膜需要具有较长的使用寿命，以确保光电子器件的长期稳定性和可靠性。
它需要具有良好的抗氧化性和抗退火性能，以及对环境因素（如湿度、光照等）的较好的耐受性。
光伏透明导电膜
光伏透明导电膜
光伏透明导电膜是一种具有光伏效应和导电性能的薄膜材料，能够将太阳光转化为电能，并且具有透明性，可以应用于透明电子器件和光伏发电领域。
光伏透明导电膜通常是由导电氧化物材料制成，如氧化锡（ITO）和氧化铟锡（ITO）等。
这些材料具有良好的导电性能和光透过性，可以在不影响光的透过性的情况下实现电流的传导。
光伏透明导电膜的应用非常广泛。
在透明电子器件方面，它可以用于制造透明触摸屏、透明显示器、透明导电电极等。
在光伏发电领域，光伏透明导电膜可以用于制造透明太阳能电池板，将太阳能转化为电能。
光伏透明导电膜的制备一般采用物理气相沉积、磁控溅射、离子束溅射等技术。
这些技术可以在基底上沉积一层薄膜，形成光伏透明导电膜。
光伏透明导电膜的发展具有重要的意义，它可以实现太阳能的高效利用，并在透明电子器件领域提供更多的可能性。
随着技术的不断发展，光伏透明导电膜的性能和应用将会得到进一步的提升。
透明导电膜
一、透明导电膜透明导电膜是既有高的导电性，又对可见光有很好的透光性，而对红外光有较高反射性的薄膜。
透明导电膜主要有金属膜和氧化物半导体膜两大类。
（1）金属透明导电薄膜当金属膜的厚度在约20nm以下时对光的反射和吸收都较小。
由于金属薄膜中存在自由电子，因此在膜很薄时也具有很好的导电性，且在基片温度较低时就可制备出低电阻膜。
常见的金属透明导电膜有金、银、铜、铝、铬等。
为了制备平滑连续的膜，需要先镀一层氧化物做衬底，再镀金属膜。
金属膜的强度较低，其上面常要再镀一层保护层如SiO2或Al2O3等。
（2）氧化物半导体透明导电膜这类导电膜主要有SnO2、In2O3、ZnO、CdO、Cd2SnO4等，它们都是n型半导体。
对这种导电膜要求禁带宽度在约3eV以上，且通过掺杂可使其具有高的载流子浓度以得到高的导电率。
目前，应用最广泛的是SnO2和In2O3薄膜。
作为半导体材料，化学计理比的SnO2膜电导率很低，为增加电导率需要加入一些高价离子如Sb5+、P5+等。
这样得到的膜导电性好，对可见光有优异的透光性，强度和化学稳定性都很好，加之成体低，因而得到广泛应用。
根据不同要求可采用CVD、PVD乃至喷涂法来制备。
经过掺杂的In2O3的透光性和导电性均优于SnO2，因而近年来得到比SnO2更为广泛的应用。
化学计量比的In2O3膜，其电导率也很低，为增加电导率需要添加一些锡，通常将这种膜称为ITO（铟锡氧化物）薄膜，主要是用真空蒸镀或溅射等PVD法来制备，以在较低温度得到高性能膜。
透明导电膜（主要是SnO2和ITO）具有很广泛的用途，例如用于液晶显示器件及太阳能电池的透明电极，由于对红外线具有反射能力而被用作防红外线膜、太阳能集热器的选择性透射膜、玻璃上的防霜透明发热膜等。
1. SnO2透明导电薄膜（1）工艺特点利用超声雾化热解淀积工艺，将SnO2:F透明导电薄膜制备于耐高温的衬底之上。
本工艺突出的优点是：所需设备简单，工艺周期短，原材料价格低廉，可制备出与物理淀积方法性能相当的高质量薄膜，尤其可将SnO2:F透明导电薄膜均匀地制备于管状衬底的内壁。
ito膜工作原理
ito膜工作原理ITO膜是一种常见的透明导电薄膜，广泛应用于电子信息、光电显示和太阳能电池等领域。
它的工作原理主要涉及到膜的结构以及导电性能。
首先，ITO膜的结构是多层复合膜结构，通常由几层不同的材料构成。
其中，导电层主要采用氧化铟锡（In2O3-SnO2，简称ITO）材料，由于其具有良好的导电性和透明性，成为电子信息、光电显示器件的首选导电材料。
除此之外，ITO膜还包括缓冲层、透明层等部分，不仅起到保护导电层的作用，还能增加膜的透过度和稳定性。
其次，ITO膜的导电性能与其晶格结构和表面形貌有很大关系。
ITO材料是一种多晶结构，其晶格结构和掺杂方式会直接影响其导电性能。
一般来说，在ITO膜制备过程中，采用掺铟掺锡方式，通过调控工艺参数（如温度、气压等）可以得到具有高导电性能的ITO膜。
同时，通过改变溶液浓度、热处理方式等，还可以影响ITO膜的表面形貌和晶格结构，从而得到不同性能的ITO膜。
最后，ITO膜在设备中的工作原理涉及到其导电性能。
由于ITO膜的优异导电性能和透射性能，它可以作为电极，参与光电器件的电荷传输和能量转换过程。
以光电显示器为例，ITO膜制成的电极和具有特定结构的液晶分子，可以实现电场调制显示。
而在太阳能电池中，ITO膜作为透明电极，可以使光能尽量透过，以激发太阳能电池的电荷传输和转换。
综上所述，ITO膜的工作原理主要与其结构、导电性能和设备应用有关系。
通过控制ITO膜的制备工艺和表面形貌，可以得到具有不同性能的ITO膜，进而应用于不同领域的光电器件中，为人们的生活、生产带来便利和贡献。
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
透明导电极
透明导电极
透明导电极，又称透明导电膜（transparent conductive film，简称TCF），是一种兼具高透光性和良好导电性的电子器件。
它在许多光电器件中都有应用，如液晶显示屏、太阳电池、触控面板、OLED等。
目前，市场上最主流的透明导电材料是氧化铟锡（ITO），它由于具有较低的电阻和较高的透光率而被广泛使用。
然而，ITO材料存在易脆性，使得其阻抗稳定性不佳，无法顺利切入大尺寸、可挠曲的面板市场。
除了ITO之外，还有其他材料如AZO、PEDOT等也被用作透明导电膜。
PEDOT是EDOT （3,4-乙烯二氧噻吩单体）的聚合物，具有分子结构简单、能隙小、电导率高等特点，被广泛用作有机薄膜太阳能电池材料、OLED材料、电致变色材料、透明电极材料等领域的研究。
随着科技的进步，人们对于透明电极的光电性能、柔韧性和环境稳定性等方面提出了更高的要求。
因此，研究者们也在不断探索新型的透明导电材料，以满足日益增长的市场需求。
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柏斯坦-摩斯(Burstein-Moss)效應示 意圖
濺鍍及蒸鍍製程(2/4)
在鍍膜完成後，由於ZnO材料是位於最上面一層， 在未熱處理前一樣為高阻值薄膜，但可比 較其穿透率，由於因為蒸鍍了鋁金屬，所以穿 透率下降許多，也因為交錯多層的因素，因而 干涉現象也亦明顯。
ZnO 之晶格結構
ZnO 晶體結構及特性(2/6)
在無摻雜之氧化鋅材料中，ZnO 薄膜表現 出n 形半導體的特性，這是由於其化學組 成偏差(ZnOx)所造成，其中的自由載子是 來自於氧的缺位以及Zn 原子的空隙所造成 的淺層施體能階。然而ZnO 薄膜的電學特 性受到鍍膜方法、熱處理條件及氧原子的 吸附（氧缺位）影響很大。
透明導電膜介紹(2/4)
而所謂透明導電膜是在可見光範圍內(約 400nm~800nm 的波段)具有80%以上穿透率， 且導電率具有低於10-3Ω-cm 的薄膜。
透明導電膜介紹(3/4)
透明導電膜的材料大致可分為薄金屬材料 與金屬氧化物之材料。其中薄金屬材Au、 Ag、Al、Pt 及Cu 等，在其厚度約低10nm 時，具有某種程度的透光率，但當厚度薄 的金屬會形成島狀不連續膜所以電阻率會 增高，且其導電率會受表面效應與雜質影 響而降低。
在上述製程中牽涉到的變數相當廣，包 括通入的氣體種類、氣體流量、混合的 氣體比例、系統壓力、濺鍍功率⋯ 等。 所以在鍍膜時需對這些參數同時監控， 以維持在穩定的條件。
濺鍍製程(3/3)
ZnO在未摻雜時所濺鍍出的薄膜為一高阻 值的薄膜。而當濺鍍功率越高，沉積的速 率越快且電阻值也跟著改變，這是因為隨 著鍍膜功率的改變，系統中的溫度亦不同， 故影響了薄膜的結晶成分，而薄膜的結晶 成分正是影響導電特性的主要因素之一。 但ZnO在未摻雜時所濺鍍出的薄膜為 高穿透率薄膜。
濺鍍製程(1/3)
利用濺鍍系統製作IZO 薄膜，此系統由電 源供應器產生射頻信號(13.56MHz)傳送至 靶材與基板所在的真空系統中，藉由解離 真空系統中的氣體，而使解離的陽離子轟 擊靶材(target)，靶材的原子於是被濺鍍而出， 附著在基板上完成鍍膜的動作。
濺鍍系統示意圖
濺鍍製程(2/3)
氧化鋅材料當然也具半導(semiconducting) 特性、光電導(photoconductive)特性、壓電 特性、聲光效應以及電光效應等，因此， 廣泛的應用在光檢測器、表面聲波元件、 氣體偵測計以及調變器、紫外光LED 以及 雷射等元件中。
ZnO 晶體結構及特性(5/6)
為了提升氧化鋅薄膜的導電率，通常為摻 入異價之元素，如：鋁、鎵、銦等，其導 電性會大大提升。相較於未摻雜之氧化鋅 薄膜，摻雜入異價的元素可以提高ZnO 薄 膜之載子濃度。
ZnO 晶體結構及特性(3/6)
氧化鋅的導電機制也是與ITO 相同，主要 是因為缺氧狀態，而產生氧缺位（oxygen vacancies）。這些氧缺位造成了類氫之施 體能階（hydrogen-like donor level），而對 於未摻雜的氧化鋅也有相似的受體能階。
ZnO 晶體結構及特性(4/6)
光Hale Waihona Puke 陶瓷-透明導電膜指導教授：劉依政 教授 學生：籃耿晃 學號：G950K020
透明導電膜介紹(1/4)
隨著光電產業的快速發展，各種材料不斷 被開發，而透明導電膜是近年來產業應用 最多的新材料，它可以應用在液晶顯示器 (liquid crystal display，LCD)、電漿顯示器 (plasma display panel，PDP)、LED、OLED、 光偵測器、太陽能電池等。
ZnO 晶體結構及特性(1/6)
氧化鋅(zinc oxide，ZnO)，為II-VI 族寬能 隙的半導體材料，其結構為閃鋅礦結構 (Wurzite hexagonal structure)，屬於六方最 密堆積，其能隙寬度(optical band gap)約為 3.3eV，在可見光範圍具有高穿透率。
透明導電膜介紹(4/4)
因此有人使用金屬氧化膜來代替薄金屬， 例如：SnO2、InO2、ITO、ZnO，其中又 以銦錫氧化膜(ITO)的應用最為廣泛。但ITO 在高溫應用下表現不穩定，因此在光特性 和電特性與之可相抗衡的氧化鋅薄膜逐漸 受到重視。而氧化鋅薄膜在成本低、資源 豐富、不具毒性的特點下，因此近二十年 來，已經有許多前人投入氧化鋅薄膜相關 研究。
不同濺鍍瓦數之ZnO 薄膜速率圖
不同濺鍍瓦數之ZnO 薄膜電阻
不同濺鍍瓦數之穿透率圖
濺鍍及蒸鍍製程(1/4)
為了提升氧化鋅薄膜的電阻率，通常為摻 入異價之元素，如：鋁、鎵、銦等，其導 電性會大大提升。其中多數的期刊以摻雜 鋁為最多，摻雜比例又以2wt%最多，且在 鋁摻雜之一定濃度時會有柏斯坦-摩斯 (Burstein-Moss)效應，所以我們將用擴散 的方式將鋁擴散入ZnO薄膜中，以期會降 低薄膜之電阻率，且穿透率會往短波長橫 移。
濺射(RF sputtering)原理(1/2)
氣體在特殊環境的條件下，會由氣體分子 分解為原子，再解離為帶電離子或者電子團， 且維持電中性的狀態，而這些離子化的氣 體就稱為電漿(Plasma)。射頻電漿的產生， 當交流電壓加於電極時，在較高的頻 率下電極將隨時處於非飽和狀態，使得電 極間主要粒子的撞擊反應得以進行，電漿 因此而產生並得以維持。
ZnO 晶體結構及特性(6/6)
製造氧化鋅薄膜的方法很多，在薄膜的製 程方面有相當多的方法可以成長ZnO 膜， 如有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)、 分子束磊晶法(MBE)、脈衝雷射沉積法 (PLD)、熱分解法(Spray pyrolysis)以及濺 鍍法(Sputtering)等等；隨著製程條件的不同， ZnO 薄膜也呈現出不同的材料特性。
射頻電漿示意圖
濺射(RF sputtering)原理(2/2)
施加一高頻交流電壓，電極間的電子在高 頻切換下振盪來獲得進行各種電子撞擊所 產生的能量。當這些電子被加速時，與氣 體分子或者原子碰撞而產生激發或離子化， 而離子化的過程產生更多的離子和電子， 而產生的電子再經過電場加速，便有足夠 能量產生更多離子化的過程，如此稱為雪 崩反應，在低壓的環境下產生大量的離子 和電子，而形成電漿態。