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研究生:萬明安
研究生(外文):Ming-An Wan
論文名稱:ITO薄膜之製備及性質分析
論文名稱(外文):Preparation and Characterization of ITO Thin Films
指導教授:蘇昭瑾
口試委員:吳春桂林景泉
口試日期:2005-07-14
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:有機高分子研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:111
中文關鍵詞:ITO光電產業浸漬鍍膜不同錫銦比重複鍍膜
外文關鍵詞:ITOoptical electronics applicationSn/In ratiorepeat coating
相關次數:
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ITO導電薄膜為光電產業的關鍵材料之一。本研究採用成本較低且水解性高的金屬鹽類硝酸銦(In(NO3)3•1H2O)與氯化亞錫(SnCl2•2H2O)作為前驅物溶於無水酒精中,製備ITO溶凝膠並且利用浸漬鍍膜的方式將其轉鍍於玻璃基材上,最後於大氣下高溫煅燒形成透明且具導電性之ITO薄膜。為了探討製備條件對ITO薄膜性質的影響,分別改變如下參數:不同錫銦比;不同煅燒溫度;不同煅燒時間;及重複鍍膜。將錫銦比為12之ITO薄膜以四點探針法分析測得最低片電阻值為3.4 × 103 Ω/sq;化學分析能譜儀(ESCA)與X光能量散佈分析儀(EDS)分析化學組態及表面化學成分;再以X光繞射儀(XRD)分析其晶格結構分佈及結晶強度;掃描穿隧式電子顯微鏡(STM)與掃描式電子顯微鏡(SEM)對ITO薄膜作表面微結構的觀測與分析。實驗發現當錫銦比逐漸增加時,電阻值有先降後升的趨勢,並且晶形繞射峰之半高寬亦有先降後升的趨勢,可顯示出晶形結構及強度與電阻值兩者間有密切關係。
Indium-tin-oxide (ITO) thin film is one of the indispensable materials for optical electronics application. In this work, uniform and transparent ITO films were deposited onto glass substrates using a sol-gel method. The initial sols were prepared from anhydrous ethanol solutions of indium nitrate (In(NO3)3.1H2O) and tin chloride dehydrate (SnCl2.2H2O), two potential metal salt precursors for ITO.
In order to optimize the preparation conditions for ITO thin film, the following parameters have been changed and studied throughout in this thesis : Sn/In ratio, annealing time, annealing temperature, and number of repeated coating cycles. Depending on compositions, the electrical resistivity of ITO films varied from 47 × 104 to 3.4 × 103 Ω/sq, and the minimum value for the electric resistivity was observed for the films containing 12 % Sn by weight. Increasing heat treatment-temperatures from 350 °C to 600 °C led to increase in conductivity up to one order of magnitude. X-ray diffraction (XRD) was employed for the crystal structure determination, and electron spectroscopy for chemical analysis (ESCA) for chemical state identification. The film resistivity decreases as Sn/In ratio increases, reaching a minimum at 12 % and increases at higher Sn/In value. Similar trend has been found in the ITO grain size as a function of Sn/In ratio. The correlations among the film properties and the film preparation conditions are discussed in this thesis.
目 錄

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2研究動機 1
1.2.1 研究目的 1
1.2.2 研究內容 2
第二章 理論與文獻回顧 3
2.1 ITO透明導電薄膜之發展開端 3
2.2 ITO之特性 4
2.2.1 晶體結構特性 4
2.2.2 電學特性 6
2.2.3 光學特性 9
2.3 ITO薄膜的製備 10
2.3.1 溶膠-凝膠法 12
2.3.1.1 溶膠製備的方法 13
2.3.1.2 溶膠的穩定性 13
2.3.1.3 溶膠的形成 15
2.4. 前驅物 15
2.4.1前驅物的化學 16
2.4.1.1金屬醇鹽M(OR)n 16
2.4.1.2金屬鹽類M L 17
2.4.2 水解率 18
2.4.2.1金屬醇鹽的水解率 18
2.4.2.2金屬鹽的水解率 18
2.5 溶劑 19
第三章 實驗部分 20
3.1 實驗流程 20
3.1.1 不同錫銦比之ITO薄膜及粉末製備流程 20
3.1.2 不同煅燒溫度之ITO薄膜製備流程 22
3.1.3 不同煅燒時間之ITO薄膜製備流程 23
3.1.4 重複鍍膜之ITO薄膜製備流程 24
3.2. 實驗藥品 25
3.2.1 浸鍍液的配製 25
3.2.2 乾燥及高溫鍛燒 26
3.2.3 基材的選擇 26
3.3 分析儀器及方法 27
3.3.1 ITO薄膜及粉末之性質分析 27
3.3.2使用之儀器及設備 28
3.3.2.1電阻量測 28
3.3.2.2化學分析能譜儀(ESCA)分析 29
3.3.2.3 X-ray繞射儀(XRD) 30
3.3.2.4掃描式穿隧電子顯微鏡(STM)觀測 32
3.3.2.5表面粗糙度(Surface roughness)的量測與定義 33
3.3.2.6掃描式電子顯微鏡(SEM) 34
3.3.2.7穿透式電子顯微鏡(TEM) 34
3.3.2.8紫外-可見光光譜儀(UV-Vis Spectrophotometer) 35
3.3.2.9 X光能量散佈分析儀(EDS) 35
第四章 結果與討論 36
4.1不同錫銦比之ITO薄膜及粉末之特性分析 36
4.1.1電阻量測 36
4.1.2化學分析能譜儀(ESCA)分析 37
4.1.3 X光繞射儀(XRD)分析 43
4.1.4掃描式穿隧電子顯微鏡(STM)觀測 47
4.1.5掃描式電子顯微鏡(SEM)薄膜分析 50
4.1.6穿透式電子顯微鏡(TEM)粉末分析 55
4.1.7掃描式電子顯微鏡(SEM)粉末分析 57
4.2不同煅燒溫度對ITO薄膜之特性分析 59
4.2.1電阻量測 59
4.2.2化學分析能譜儀(ESCA)分析 60
4.2.3掃描式穿隧電子顯微鏡(STM)觀測 66
4.2.4掃描式電子顯微鏡(SEM)薄膜分析 69
4.3不同煅燒時間對ITO薄膜之特性分析 74
4.3.1電阻量測 74
4.3.2化學分析能譜儀(ESCA)分析 75
4.3.3掃描式穿隧電子顯微鏡(STM)觀測 81
4.3.5掃描式電子顯微鏡(SEM)薄膜分析 83
4.4不同錫銦比之ITO薄膜特性分析 88
4.4.1電阻量測 88
4.4.2化學分析能譜儀(ESCA)分析 89
4.4.3掃描式穿隧電子顯微鏡(STM)觀測 95
4.4.4掃描式電子顯微鏡(SEM)薄膜分析 98
4.4.5 X光能量散佈分析儀(EDS) 103
第五章 結論與未來展望 107
參考文獻 110
參考文獻

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