ITO透明导电薄膜替代品发展现状.pdf

《ITO透明导电薄膜替代品发展现状.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、ITO透明导电薄膜替代品发展现状现在,薄膜液晶显示器的透明电极大量使用的是ITO和In,本文介绍作为其替代品的透明导电氧化物材料的发展现状与前景.用于LCDs透明电极ITO薄膜的最佳替代材料是掺AlZnO和掺GaZnO(AZO与GZO)。从资源和环境的角度来看，AZO是最佳的候选材料。有关ZnO取代ITO用于LCDs透明电极的问题已在实验室实验中得到解决。目前看来，（射频和直流）磁控溅射是最好的沉积具有实用价值的掺杂ZnO薄膜的方法。在玻璃衬底上制备的AZO薄膜电阻率在Ω数量级，并且拥有几乎均匀的面电阻分布，其厚度可以超过100nm。为了提高电阻率的稳定性，AZO和GZO共掺杂薄

2、膜有了新进展。一个50nm厚的掺杂V的AZO薄膜具有足够的稳定性，可以作为实际应用中的透明电极。然而，如果薄膜的厚度小于30nm的话要获得与ITO相媲美的掺杂ZnO薄膜还是很困难的。关键词：透明导电氧化物，薄膜，ITO，AZO，GZO，LCD，透明电极，磁控溅射1引言ITO薄膜实际上作为绝大多数液晶显示器的透明电极。目前，铟已成为用于液晶显示器的ITO的主要原料。并且，最近用于平板显示，碱性电池，薄膜太阳能电池的铟显著增加。因为世界铟储量很有限，所以人们普遍认为在不久的将来铟将会短缺。除了资源的可用性问题，最近铟的价格也增加了约10倍。对于一个蓬勃发展的液晶显示器市场，ITO的稳

3、定供应将很难实现。因此，发展LCDs透明电极ITO薄膜的替代品显得尤为重要。最近，含少量铟或不含铟的透明导电氧化物作为候选材料备受关注。我们曾经指出ITO的替代品有AZO，GZO，ZnO-In2O3-SnO2或Zn-In-O等多元氧化物[1-5]。本文我们介绍一下作为替代ITO用于液晶显示器透明电极的材料的现状及前景。特别地，有关AZO和GZO代替ITO用在LCDs存在的问题我们将会特别强调其解决方法。2代替ITO用于LCD的TCO的发展最近几年又发现了多种TCO薄膜材料，至今报道的典型的TCO薄膜材料的基质材料和掺杂物列于表1[2-5]。应当指出，通过直流磁控溅射法在非晶基片（

4、如玻璃）上已能制备出可用LCDs透明电极的ITO。另外，在制备各种液晶显示器时，需要在温度低于200℃的情况下获得电阻率在Ω数量级[7-9]，厚度大约15-100nm的薄膜。因此，在目前情况下，很难利用基于氧化镉和氧化钛的TCO材料[6,7]，因为镉具有毒性，并且需要高温热处理，如表1所示。基于二氧化钛和氧化钛的TCO薄膜，为了获得较低的电阻率，必须经过沉积和高于300摄氏度的热处理，并且在单晶基板上的外延生长也是必要的。另外还有刻蚀问题。在其余的材料中，三种二元化合物（ZnO，In2O3和SnO2）以及有这些二元或三元化合物组成的多元氧化物是最有可能的液晶显示器透明电极的材料。

5、我们以前指出可行的减少铟的使用的方法是用含铟量更少的多元氧化物，例如ZnO–In2O3,In2O3–SnO2，Zn–In–Sn–O,以及由ZnO,In2O3和SnO2组成的任何组分比例的氧化物[2-5]。表2总结了含铟量少的多元氧化物TCO材料的特性。在适当的沉积条件下通过磁控溅射或真空电弧等离子体沉积方法制备的薄膜就具有这些特性[2-5]。ZnO-In2O3，In2O3-SnO2以及具有适当组分比的Zn-In-Sn-O多元氧化物被认为是能够作为LCDs透明电极的可能的替代材料。这些材料能使铟的使用量降低到一半或更低。另一种方法是利用诸如ZnO和SnO2多元氧化物等无铟材料[1-

6、5],然而,掺杂SnO2和SnO2基质材料由于不能在低温基板上沉积低电阻率薄膜,所以不适合用在液晶显示器上.并且还有刻蚀难题.因此,目前最好的唯一可行的无铟TCO候选材料是掺杂ZnO.我们前面提到的替代ITO的AZO和GZO透明导电薄膜的重要性.特别地,AZO更适合用在液晶显示器上[1,3-5].3ITO替代品AZO和GZO的相关问题AZO和GZO的透明导电薄膜代替ITO透明电极用在LCDs上,还有很多苦难要克服.虽然人们相信这些问题最终都可以解决,但是目前急需解决的是发展液晶显示器制膜技术和提高厚度小于100nm的薄膜在各种环境下工作的稳定性[5,11,12].适用于液晶显示器

7、的实用的薄膜制备技术制造工艺要达到以下最低要求：透明导电.在低于200℃快速大面积沉积的厚度约50nm的AZO和GZO薄膜电阻率可达Ω[13].此外,提高在各种环境下工作的稳定性可能还需要满足一些其他要求.虽然已有利用PLD制备电阻率达ΩAZO薄膜的报道,但是上面提到的要求却大大限制了单一使用MS[14-16]和VAPE[17-19]等制膜方法.并且,要想获得厚度小于50nm稳定的AZO薄膜,实际应用中的VAPE方法还要解决许多难题.因此,在LCDs制备流程中,MS是唯一合适的制