AZO透明導(dǎo)電薄膜技術(shù)近況發(fā)展與應(yīng)用   4]%v%64U  
=hDFpb,mr  
近年來(lái)隨著液晶顯示器與太陽(yáng)能電池的發(fā)展，使得透明導(dǎo)電薄膜成為關(guān)鍵性材料之一。因此，如何降低透明導(dǎo)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(biāo)。所以在美國(guó)、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(dǎo)電薄膜材料。目前有幾種因素在加速驅(qū)動(dòng)這新世代透明導(dǎo)電薄膜的誕生。首先是由於目前所常用的ITO透明導(dǎo)電薄膜材料其主要是應(yīng)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(zhǎng)性亦相當(dāng)可觀。富士總研估計(jì)觸控面板2006年全球產(chǎn)值25.4億美金，2007年已達(dá)27億美金。此一新興電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展亦助長(zhǎng)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(zhǎng)，目前銦的價(jià)錢(qián)已經(jīng)超過(guò)600USD/kg。因此開(kāi)發(fā)具透光、導(dǎo)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(dǎo)電薄膜技術(shù)與材料，成為近年來(lái)眾多研究學(xué)者所欲突破的目標(biāo)。 eJtfQ@?  
rk .tLk  
AZO(氧化鋁鋅)透明導(dǎo)電薄膜特性 p}O[A`  
a C<  
氧化鋅（Zinc Oxide, ZnO）屬於N型Ⅱ－Ⅵ族半導(dǎo)體材料，其結(jié)構(gòu)為Wurzite hexagonal structure，屬於六方最密堆積。氧化鋅具有高熔點(diǎn)（1975℃）和極佳熱穩(wěn)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(fàn)圍內(nèi)具有高穿透率。氧化鋅電阻值高，具有壓電效應(yīng)，傳統(tǒng)應(yīng)用於壓電材料上，另外亦可應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)電薄膜的應(yīng)用上，則會(huì)將其摻雜Ш族元素（鋁、鎵、銦等），使其導(dǎo)電特性提高，同時(shí)也增加其高溫穩(wěn)定性。因此提供適當(dāng)量摻雜量的鋁，能夠使氧化鋅的導(dǎo)電性變佳。 2C_/T8  
%:hU:+G E  
由於AZO透明導(dǎo)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(dāng)之優(yōu)異性。因此，沉積AZO薄膜技術(shù)的發(fā)展也相當(dāng)多元化，目前沉積此薄膜主要有下列幾種技術(shù)： "`8~qZ7k  
bO\E)%zp  
脈衝雷射蒸鍍(Pulsed Laser Deposition；PLD) e!JC5Al7  
|\_d^U&`  
一般在鍍製ITO透明導(dǎo)電薄膜時(shí)，其最佳之靶材比例為5-10 % 的SnO2摻雜至 In2O3。但在AZO薄膜材料中其最佳之鋁之摻雜比例<5%，因此就AZO薄膜而言，所摻雜金屬元素的含量控制是相當(dāng)重要的。PLD之實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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。 bf1EMai"  
>pq= .)X}  
不同鋁含量下，AZO薄膜之電阻率與載子濃度之關(guān)析圖 UCF'%R  

RYem(%jq  
(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Al含量的加入而增加至少兩個(gè)級(jí)數(shù)以上。但隨著鋁的含量增加超過(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最大值為8×1020  cm-3。但在電阻率之特性方面受到兩種機(jī)制之影響，載子濃度(摻雜離子濃度)與霍爾移動(dòng)率(氧的缺陷)。但此研究的氧分壓為一固定值，因此在霍爾移動(dòng)率對(duì)電阻率的影響應(yīng)該是有限的。在不同鋁含量時(shí)，AZO薄膜之最低電阻率~6×10-4Ω-cm也出現(xiàn)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(jié)構(gòu)的缺陷，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(qū)約是~80%。 P{_Xg,Z  
:bV1M5  
RF磁控式濺鍍法 [Uw/;Kyh  
EoD[,:*  
在製作AZO薄膜方面，以磁控式濺鍍還是較有機(jī)會(huì)達(dá)到量產(chǎn)規(guī)模。因此，眾多研究學(xué)者均在評(píng)估其大面積鍍膜之可行性，但其結(jié)果發(fā)覺(jué)在AZO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。 etkKVr;Kv  
[[;vZ  
靶材位置與基材電性之關(guān)析圖 dyMj=e  
'k(aZ"  
(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(jié)果顯示在靶材中央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(cè)其電阻率就隨之增高，其電阻率之最大值為2×10-3Ω-cm，其薄膜電阻率的分佈是不均勻的，此結(jié)果會(huì)造成AZO薄膜在應(yīng)用時(shí)受到限制。但當(dāng)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。 |#_`aT"  
mhZ60