AZO透明導(dǎo)電
薄膜技術(shù)近況發(fā)展與應(yīng)用
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~ K mr#.uhd.z 近年來隨著
液晶顯示器與太陽能電池的發(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。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(dǎo)電薄膜材料。目前有幾種因素在加速驅(qū)動這新世代透明導(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能電池上，但近年來液晶顯示器與太陽能電池的需求大增。此外，觸控面板的成長性亦相當可觀。富士總研估計觸控面板2006年全球產(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)展亦助長了ITO薄膜的使用，因而造成銦的價格在過去的三年中大幅成長，目前銦的價錢已經(jīng)超過600USD/kg。因此開發(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，成為近年來眾多研究學(xué)者所欲突破的目標。
mdrqX<x'~ <6+B;brh AZO(氧化鋁鋅)透明導(dǎo)電薄膜特性
V3VTbgF Lwf[*n d 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（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，大於可見光的能量，因此於可見光範圍內(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，則會將其摻雜Ш族元素（鋁、鎵、銦等），使其導(dǎo)電特性提高，同時也增加其高溫穩(wěn)定性。因此提供適當量摻雜量的鋁，能夠使氧化鋅的導(dǎo)電性變佳。
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Y(FhnIC l,b,U/3R. 由於AZO透明導(dǎo)電薄膜其價格較為低廉，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)：
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# s % Ph 脈衝雷射蒸鍍(Pulsed Laser Deposition；PLD)
)t-P o'RW >Sk%78={R 一般在鍍製ITO透明導(dǎo)電薄膜時，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重要的。PLD之實驗技術(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)來成長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。
4,X C bcC q^wSM 不同鋁含量下，AZO薄膜之電阻率與載子濃度之關(guān)析圖
\vV]fX =+DhLH}8 (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，載子濃度隨著Al含量的加入而增加至少兩個級數(shù)以上。但隨著鋁的含量增加超過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制之影響，載子濃度(摻雜離子濃度)與霍爾移動率(氧的缺陷)。但此研究的氧分壓為一固定值，因此在霍爾移動率對電阻率的影響應(yīng)該是有限的。在不同鋁含量時，AZO薄膜之最低電阻率~6×10-4Ω-cm也出現(xiàn)在鋁含量2%時。超過2%的鋁含量時，反而造成其電阻率的上升，其原因是過多的鋁造成其電子的傳遞被限制住了，亦或是過多的鋁含量造成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薄膜在可見光區(qū)約是~80%。
Bt$,=k `VGw5o RF磁控式濺鍍法
Q$`uZ #sjGju"#_ 在製作AZO薄膜方面，以磁控式濺鍍還是較有機會達到量產(chǎn)規(guī)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(jié)果發(fā)覺在AZO薄膜電阻率的分布會與位置有極大的關(guān)析。因此，造成薄膜電阻率之分布不均。
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