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ITO透明導電薄膜的研究現狀及應用

透明導電薄膜的研究現狀及應用

2004-2-18

透明導電薄膜的研究現狀及應用

李世濤喬學亮陳建國

（武漢華中科技大學模具技術國家重點實驗室）

摘要：綜述了當前透明導電薄膜的必威体育精装版研究和應用狀況，重點討論了ITO膜的光電性能和當前的研究焦點。指出了目前需要進一步從材料選擇、工藝參數制定、多層膜

光學設計等方面來提高透明導電膜的綜合性能，使其可見光平均透光率達到92%以上，從而滿足高尖端技術的需要。

關鍵字：透明導電，薄膜，平均透光率，ITO，電導率

1前言

透明導電薄膜的種類有很多，但氧化物膜占主導地位（例如ITO和AZO膜）。氧化錮錫（IndiumTinOxide簡稱爲ITO）薄膜、氧化鋅鋁

（Al-dopedZnO，簡稱AZO）膜都是重摻雜、高簡並n型半導體。就電學和光學性能而言，它是具有實際應用價值的透明導電薄膜。金屬氧化物

明導電薄膜（TCO:Tr[nsp[rent[ndConductiveOxide的縮寫）的研究比較早，B[kdeker於1907年第一

個報道了CdO透明導電薄膜。從此人們就對透明導電薄膜産生了濃厚的興趣，因爲從物理學角度看，透明導電薄膜把物質的透明性和導電性這一矛盾兩面統一起來了。1

950年前後出現了硬度高、化學穩定的SnO2基和綜合光電性能優良的In2O3基薄膜，並製備出最早有應用價值的透明導電膜NESA（商品名）—SnO2薄膜°ZnO基薄膜

在20世紀80年代開始研究得火熱°TCO薄膜爲晶粒尺寸數百納米的多晶；晶粒取向單一，目前研究較多的是ITO、FTO（Sn2O:F）°1985年，T[ke[OjioSizo

Miy[t[首次用汽相聚合方法合成了導電的PPY—PVA複合膜，從而開創了導電高分子的光電領域，更重要的是他們使透明導電膜由傳統的無機材料向加工性能較好的有

機材料方面發展。

透明導電膜以其接近金屬的導電率、可見光範圍內的高透射比、紅外高反射比以及其半導體特性，廣泛地應用於太陽能電池、顯示器、氣敏元件、抗靜電塗層以及半導

體/絕緣體/半導體（SIS）異質結、現代戰機和巡航導彈的窗口等。由於ITO薄膜材料具有優異的光電特性，因而近年來得以迅速發展，特別是在薄膜電晶體（TFT）製

造、平板液晶顯示（LCD）、太陽電池透明電極以及紅外輻射反射鏡塗層、火車飛機用玻璃除霜、建築物幕牆玻璃等方面獲得廣泛應用，形成一定市場規模。

製備透明導電薄膜的方法很多：物理汽相沈積（PVD）（噴塗法、真空蒸發、磁控濺射、高密度等離子體增強（HDPE）蒸發、脈衝鐳射沈積（Pulse

dL[serDeposition，簡稱PLD）技術、化學汽相沈積（CVD）、原子層外延（ALE）技術、反應離子注入以及溶膠—凝膠（Sol—

Gel）技術等。然而，適合於批量生産且已經形成産業的工藝，只有磁控濺射法和溶膠-凝膠法。特別是，濺射法由於具有良好的可控性和易於獲得大面積均勻的薄膜，而

被廣泛應用於顯示器件中ITO薄膜的製備。美歐和日本均在發展ITO産業，其中日本夏普、日本電氣和東芝三大公司都在其工廠內開發ITO薄膜。深圳幾家導電玻璃公司

在進口和國產生產線上製造LCD用導電玻璃。而AZO薄膜由於其在實用上還有許多問題，現在還處於研究階段。綜上所述，1TO薄膜性能優異，製造技術成熟，産品應用

廣泛，需求量巨大，産業化前景看好。

2透明導電膜的性能

透明導電膜是指：1）對可見光（X=380-780nm）的光透射率高；2）電導率高。確切地說，可見光的平均透光率T[vg80%，電阻率在1

0—3「cm以下的薄膜才能稱爲透明導電膜。透明就意味著材料的能帶隙寬度大（Eg3eV）而自由電子少。另一方面，電導率高的材料又往往自由電子多而像金屬，從

而不透明。只有能同時滿足這兩種條件的材料才能使用在透明導電膜上，這就從理論和工藝上給人們提出了有趣的矛盾。爲了使透明金屬氧化物膜具有一定的導電性，就

必須使薄膜材料的費米半球的中心偏離動量空間原點。根據固體物理學的理論，可以利用“載流子密度”的“雜質半導體”技術，製備既有較高的電導率又有良好透光性

能的薄膜。現在製備透明導電膜的技術有兩種：1）造成氧空位在；2）摻雜。

2.1ITO薄膜的結構用SEM（掃描電鏡）研究了採用各種技術生長的ITO薄膜的微結構，結果表明：