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光電陶瓷-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。 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。 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。 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。  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。 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) 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(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。 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。  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。 濺鍍製程(1/3) 利用濺鍍系