<p><span style="font-size: small;"><a href="http://www.leadmat.com">www.leadmat.com</a> 近年來(lái)隨著(zhù)液晶顯示器與太陽(yáng)能電池的發(fā)展，使得透明導電薄膜成為關(guān)鍵性材料之一。因此，如何降低透明導電薄膜材料成本與提高薄膜材料的性能為目前的首要目標。所以在美國、歐洲與亞洲的研究學(xué)者都急欲發(fā)展出新一世代的透明導電薄膜材料。目前有幾種因素在加速驅動(dòng)這新世代透明導電薄膜的誕生。首先是由於目前所常用的ITO透明導電薄膜材料其主要是應用在液晶顯示器與太陽(yáng)能電池上，但近年來(lái)液晶顯示器與太陽(yáng)能電池的需求大增。此外，觸控面板的成長(cháng)性亦相當可觀(guān)。富士總研估計觸控面板2006年大部分國家產(chǎn)值25.4億美金，2007年已達27億美金。此一新興電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展亦助長(cháng)了ITO薄膜的使用，因而造成銦的價(jià)格在過(guò)去的三年中大幅成長(cháng)，目前銦的價(jià)錢(qián)已經(jīng)超過(guò)600 <br />            USD/kg。因此開(kāi)發(fā)具透光、導電特性之「非銦」材料，或許是解決銦供給不足的方法之一。這些因素促使發(fā)展新型之透明導電薄膜技術(shù)與材料，成為近年來(lái)眾多研究學(xué)者所欲打破的目標。<br />            AZO(氧化鋁鋅)透明導電薄膜特性<br />            氧化鋅（Zinc Oxide, ZnO）屬於N型Ⅱ－Ⅵ族半導體材料，其結構為Wurzite hexagonal structure，屬於六方較密堆積。氧化鋅具有高熔點(diǎn)（1975℃）和極佳熱穩定性，能溶於酸鹼，但不溶於水及酒精。氧化鋅光學(xué)能隙約為3.3  eV，大於可見(jiàn)光的能量，因此於可見(jiàn)光範圍內具有高穿透率。氧化鋅電阻值高，具有壓電效應，傳統應用於壓電材料上，另外亦可應用於表面聲波元件或是UV光發(fā)射器材料等。氧化鋅其電子傳導是由化學(xué)劑量比的偏差所產(chǎn)生的，由氧空缺（oxygen  vacancies）及間隙型鋅原子（interstitial znic）之淺層受體能階（shallow donor  levels）提供，氧化鋅的電阻較高，因此一般於透明導電薄膜的應用上，則會(huì )將其摻雜Ш族元素（鋁、鎵、銦等），使其導電特性提高，同時(shí)也增加其高溫穩定性。因此提供適當量摻雜量的鋁，能夠使氧化鋅的導電性變佳。<br />            由於AZO透明導電薄膜其價(jià)格較為低廉，且不具毒性。因此在發(fā)展上具相當之優(yōu)異性。因此，沉積AZO薄膜技術(shù)的發(fā)展也相當多元化，目前沉積此薄膜主要有下列幾種技術(shù)：<br />            脈衝雷射蒸鍍(Pulsed Laser Deposition；PLD)<br />            一般在鍍製ITO透明導電薄膜時(shí)，其較佳之靶材比例為5-10 % 的SnO2摻雜至 In2O3。但在A(yíng)ZO薄膜材料中其較佳之鋁之摻雜比例<5%，因此就AZO薄膜而言，所摻雜金屬元素的含量控制是相當重要的。PLD之實(shí)驗技術(shù)可確保薄膜成分與靶材成分比例的一致性。因此，將靶材比例控制在2-5%(Al:ZnO)來(lái)成長(cháng)AZO薄膜，其薄膜的製程溫度為400℃，真空腔體的氧分壓為~10-3  Torr。</span></p> <p><span style="font-size: 18px;">            不同鋁含量下，AZO薄膜之電阻率與載子濃度之關(guān)析圖<br />            (Ref: J. Crystal Growth 294 (2006) 427) 圖一顯示在不同鋁含量下，AZO薄膜的電阻率與載子濃度之關(guān)析圖。相較於只有ZnO時(shí)，載子濃度隨著(zhù)Al含量的加入而增加至少兩個(gè)級數以上。但隨著(zhù)鋁的含量增加超過(guò)2%以上，其載子濃度之大小又隨之下降。在2 %鋁的摻雜中其載子濃度之非常大值為8×1020  cm-3。但在電阻率之特性方面受到兩種機制之影響，載子濃度(摻雜離子濃度)與霍爾移動(dòng)率(氧的缺點(diǎn))。但此研究的氧分壓為一固定值，因此在霍爾移動(dòng)率對電阻率的影響應該是有限的。在不同鋁含量時(shí)，AZO薄膜之較低電阻率~6×10-4Ω-cm也出現在鋁含量2%時(shí)。超過(guò)2%的鋁含量時(shí)，反而造成其電阻率的上升，其原因是過(guò)多的鋁造成其電子的傳遞被限制住了，亦或是過(guò)多的鋁含量造成AZO薄膜結構的缺點(diǎn)，而使的鋁的化學(xué)劑量比並非以氧化鋁的方式存在，因而造成此AZO薄膜電阻率的增加，而在光穿透率方面其AZO薄膜在可見(jiàn)光區約是~80%。<br />            RF磁控式濺鍍法<br />            在製作AZO薄膜方面，以磁控式濺鍍還是較有機會(huì )達到量產(chǎn)規模。因此，眾多研究學(xué)者均在評估其大面積鍍膜之可行性，但其結果發(fā)覺(jué)在A(yíng)ZO薄膜電阻率的分布會(huì )與位置有極大的關(guān)析。因此，造成薄膜電阻率之分布不均。</span></p> <p><span style="font-size: 18px;">            靶材位置與基材電性之關(guān)析圖<br />            (Ref: Jpn. J. Appl. Phys. 45 (2006) L409) 在靶材為直徑10 cm時(shí)，其薄膜電阻率分佈與靶材之關(guān)析圖。其結果顯示在靶材中點(diǎn)的位置其電阻率在製程溫度是200℃的電阻率是5×10-4Ω-cm，但在靶材兩側其電阻率就隨之增高，其電阻率之非常大值為2×10-3Ω-cm，其薄膜電阻率的分佈是不均勻的，此結果會(huì )造成AZO薄膜在應用時(shí)受到限制。但當在製程中加入氫氣可以有效的降低的薄膜之電阻率與提高薄膜電阻率之均勻性。 </span></p> <p><span style="font-size: 18px;">            高能離子電漿法<br />            高能離子電漿的製程是使用陰極電弧(Cathodic  arc)技術(shù)將欲鍍的AZO材料，從靶源蒸發(fā)出來(lái)，並經(jīng)由靶源前方的高密度電漿區，將蒸發(fā)出來(lái)未解離的中性原子解離，而在基材表面形成AZO薄膜。靶源所使用的電源輸出為ㄧ低電壓(~20  V)與電流從數十安培至一百安培左右。因此，陰極弧斑所產(chǎn)生之電漿會(huì )快速地擴散至真空腔體內，其電漿所產(chǎn)生之離子速率約可達到1-2×104 m/s，也就是所產(chǎn)生之電漿粒子具備高能量之特性，使得利用陰極電弧離子之技術(shù)所成長(cháng)之薄膜具備不同的特性。此高能離子電漿技術(shù)可產(chǎn)生高動(dòng)能離子與完全游離化之優(yōu)點(diǎn)。高離子動(dòng)能可降低薄膜形成結晶化時(shí)所須之高沉積溫度；高離化率之電漿可避免薄膜組成與靶材成分產(chǎn)生偏析。此高能量之離子電漿可使解離的粒子產(chǎn)生10~45 eV的離子動(dòng)能。因此有機會(huì )降低薄膜製程溫度與提高薄膜的沉積速率與大面積製程之可行性。目前本實(shí)驗室在A(yíng)ZO薄膜的研究方面已可在製程溫度在100℃，得到電阻率約1×10-3Ω-cm，而光穿透率在可見(jiàn)光區為>80%之透明導電薄膜材料(圖三)。在這樣的製程溫度下，對於一些軟性電子元件的應用是相當具有潛力的。</span></p> <p><span style="font-size: 18px;">            高能離子電漿技術(shù)沈積AZO薄膜之光穿透率比較圖<br />            未來(lái)發(fā)展與應用  對於AZO薄膜材料與其製程技術(shù)的研發(fā)，目前引起大家廣泛之重視，雖然目前AZO薄膜之特性上仍然與ITO薄膜有些差距，但若能尋找出AZO薄膜可應用之產(chǎn)品，ㄧ方面不僅可降低製造成本，更可降低對ITO薄膜的依賴(lài)。因此，在目前新興的產(chǎn)業(yè)中，以AZO薄膜取代ITO薄膜材料在觸控面板與太陽(yáng)能電池上較有潛力。在觸控面板的應用上，其目前所需求之透明導電薄膜的片電阻約為300~700Ω/□，以AZO薄膜之特性而言，並不難達到此規格要求。另外，在薄膜太陽(yáng)能電池CIGS方面其較上層之透明導電薄膜，在考慮到與其它膜層的附著(zhù)性與轉換效率上仍以AZO薄膜的效能為佳。此二項新興產(chǎn)業(yè)對製程技術(shù)之需求為低溫製程與高薄膜沉積速率。如能利用高能離子電漿製程技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)揮其低溫製程與高沉積速率之特性，將對新的導電薄膜材料與製程技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生一重大影響。<br /></span></p>