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透明導(dǎo)電薄膜是把光學(xué)透明性能與導(dǎo)電性能復(fù)合在一體的光電材料。透明導(dǎo)電氧化物(TCO)薄膜,以其在可見(jiàn)光區(qū)具有較高的透射率和低電阻率等優(yōu)異的光電性能,因此,被廣泛的應(yīng)用于各種光電器件中,例如:太陽(yáng)能電池、LED芯片、平板液晶顯示器(LCD)、薄膜晶體管(TFT)、光生伏打器件、電色層窗口、以及抗靜電涂層等技術(shù)領(lǐng)域。這種光電薄膜材料打破了人們的傳統(tǒng)觀念, 即在自然界中, 透明的物質(zhì)通常是不導(dǎo)電的, 如玻璃、水晶等;而導(dǎo)電的或者導(dǎo)電好的物質(zhì)又往往是不透明的, 如金屬、石墨等。透明導(dǎo)電薄膜正是因?yàn)橥该髋c導(dǎo)電性能相結(jié)合, 成為功能材料中具有特色的一類(lèi)薄膜, 在光電產(chǎn)業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景。 無(wú)機(jī)物類(lèi)透明導(dǎo)電薄膜大體可分為金屬膜、氧化物膜以及其他化合物膜, 其中以氧化物膜占主導(dǎo)地位。透明導(dǎo)電氧化物(簡(jiǎn)稱(chēng)TCO)薄膜主要包括In、Zn、Sn和Cd的氧化物及其復(fù)合多元氧化物薄膜材料。目前氧化物透明導(dǎo)電材料體系包括ITO(Sn摻雜In2O3)、AZO(Al摻雜ZnO)、FTO(F摻雜SnO2 )以及最近發(fā)展的IMO(Mo摻雜In2O3 )等。其中氧化銦錫(Indium TinOxide)ITO是目前綜合光電性能優(yōu)異、應(yīng)用最為廣泛的一種透明導(dǎo)電氧化物薄膜。 ITO即錫摻雜氧化銦, 它是一種n型半導(dǎo)體材料。ITO具有一系列獨(dú)特性能,如導(dǎo)電性能好(電阻率可低達(dá)10-4Ψ· cm), 帶隙寬(3.5 ~ 4.6 eV), 載流子濃度(1021 cm-3 )和電子遷移率(15 ~ 45cm2 V-1 s-1 )較高;可見(jiàn)光透過(guò)率高達(dá)85 %以上;對(duì)紫外線具有吸收性, 吸收率大于85%;對(duì)紅外線具有反射性, 反射率大于80%;對(duì)微波具有衰減性, 衰減率大于85%;加工性能良好;膜層硬度高且既耐磨又耐化學(xué)腐蝕(氫氟酸等除外);膜層具有很好的酸刻、光刻性能, 便于細(xì)微加工, 可以被刻蝕成不同的電極圖案等等?;贗TO的眾多優(yōu)異性質(zhì), 近年來(lái), 用IT0作為透明導(dǎo)電薄膜, 在工業(yè)上應(yīng)用廣泛, 在高新技術(shù)領(lǐng)域也起著重要的作用。因此,了解ITO薄膜的制備方法, 并探討其發(fā)展趨勢(shì)、未來(lái)研究方向是非常必要的。 制備ITO薄膜的方法有很多種, 幾乎所有制備薄膜的方法都可用于制備ITO薄膜。制備方法主要有物理法和化學(xué)法。物理法包括磁控濺射法、真空蒸發(fā)法、離子增強(qiáng)沉積、激光脈沖沉積等?;瘜W(xué)法包括溶膠-凝膠法、噴霧熱解法、化學(xué)氣相沉積法、均相沉淀法等。 目前工藝最成熟的是磁控濺射法,由于重復(fù)性好沉積速率高、可控性好、能夠大批量、大面積的均勻成膜,已經(jīng)被應(yīng)用于商業(yè)化生產(chǎn)。但是磁控濺射所用到的設(shè)備較為復(fù)雜,生產(chǎn)成本較高。 真空蒸銀法是加熱形成薄膜的原材料,使其表面的分子或者原子氧化溢出,沉積到基底上,凝結(jié)成固態(tài)薄膜的方法。蒸鍍?cè)O(shè)備較為簡(jiǎn)單,容易操作,所制備的薄膜純度高、質(zhì)量好,厚度控制精準(zhǔn)。這種制備薄膜的方法已有幾十年的歷史,用途十分廣泛。 溶膠凝膠法是濕法化學(xué)中制備材料的一種較新的方法,是將易于水解的金屬化合物(無(wú)機(jī)鹽或金屬醇鹽)放在某種溶劑中,再向其中加入能使之成核、凝膠化的溶液,經(jīng)過(guò)水解與縮聚過(guò)程逐漸凝膠化,再經(jīng)過(guò)干燥、燒結(jié)、退火等處理最后制得所需要的薄膜材料。該方法有很多優(yōu)點(diǎn):溶液粘結(jié)度大、薄膜附著性好,能在各種不同形狀的襯底上成膜,并且可以引入摻雜元素制備復(fù)合薄膜材料,反應(yīng)溫度低,產(chǎn)品純度高,化學(xué)組分均勻,適于大面積制膜。但由于后期需要熱處理,因此不適合在柔性襯底(如PET等有機(jī)聚合物)上制備薄膜,因而限制了該方法的應(yīng)用。 噴霧熱解法是先將金屬鹽溶液霧化,再?lài)娙敫邷貐^(qū)域進(jìn)行干燥和分解的方法。多用于氧化物陶瓷粉末、薄膜和纖維的合成與制備。 ITO 薄膜上述的良好光電性能, 使得它有許多廣泛的應(yīng)用和潛在的實(shí)用價(jià)值。ITO 薄膜良好的透明性和導(dǎo)電性的利用。將ITO 薄膜鍍?cè)诓A现瞥傻腎TO 膜透明導(dǎo)電玻璃是液晶顯示器(LCD)的主要材料, 目前已廣泛使用于電子表、游戲機(jī)、計(jì)算器、通訊設(shè)備、檢測(cè)儀器, 辦公室自動(dòng)化設(shè)備,便攜個(gè)人電腦、電子記事本、翻譯機(jī)、錄相機(jī)、壁掛電視等等, 因?yàn)樗哂斜≥p如紙, 畫(huà)面精美、低電壓、低功耗的特點(diǎn)。LCD 將超過(guò)RCT(電子顯象管)成為顯示器的主流產(chǎn)品。其用于平面顯示還有電致發(fā)光顯示、電致彩色顯示。IT0 膜作為太陽(yáng)能電池一個(gè)重要組成部分, 已得到應(yīng)用, 不論ITO -nip 型、ITO -pin 型, 肖特基型或異質(zhì)結(jié)構(gòu)型, 均鍍有一層IT0 膜作為減反射層和透明電極。制作透明指觸式控制板, 顯示和操作鍵重合, 可進(jìn)行人機(jī)對(duì)話輸入。
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