Đề tài " Màng mỏng dẫn điện trong suốt ZnO:Al " pptx

Màng mỏng dẫn điện trong
suốt ZnO:Al
Học viên: Nguyễn Đức Hảo
Maứng moỷng daón ủieọn trong suoỏt
Nghiờn cu u tiờn vờ mng mng dn in trong sut
(transparent conducting oxide - TCO) bt u t nm 1907,
khi Badeker phỏt hin ra cỏc mng mng kim loi Cd c
trỏng phu trong bung phỏt sỏng cú thờ b ụxy hoỏ tr thnh
trong sut trong khi vn dn in [1].
Kờ t ú, danh sỏch cỏc vt liu TCO tim nng ó c m
rng: ZnO:Al, GdInO
x
, SnO
2
, In
2
O
3
pha tp F
Hin nay, mt trong nhng loi TCO c su dng rng rói
nht cho cỏc ng dng thit b quang in t l oxide km pha
tp nhụm (Aluminum-doped zinc oxide ZnO:Al). õy l mt
loi vt liu di do, giỏ r, cú kha nng dn in tt v ụ
trong sut cao, kt hp vi tớnh n nh mụi trng.
Definition of TCO:
 A thin film is Transparent to visible light (220 -
1100 nm) and conducting to electricity is called a
Transparent Conductor
 The basic Electromagnetic Theory does not permit a
material to be both conducting and transparent
simultaneously!!

 For example : Copper or Silver cannot be transparent
 NaCl, CaF
2,
, In
2
O
3
, TiO
2
cannot conduct !
The basic Physics of TCO Films:
 Maxwells Equations demand that NO
MATERIAL CAN BE BOTH Transparent (to
visible light) and Conducting (to electricity)
So How to get a Transparent Conductor??
The Materials Scientist has the Answer:
 All Metal Oxides are Transparent
 All Metals are conducting
 Mix a metal Oxide and a Metal !!
Modify a transparent material for electrical
conduction
Metal Oxides have a large Optical Band
Gap
Examples:
Indium Oxide (In
2
O
3
)
Zinc Oxide (ZnO)

Tin doped Indium Oxide (ITO)
and many more: all are metal oxides
 Metal oxides are transparent to visible light (220 – 1100
nm). The optical band gap is 3.1 - 6.0 eV
 They are all insulators
 They are all stable inorganic materials
If Oxygen is NOT Sufficient ??
 It forms a NON Stoichiometric Metal Oxide film
 The metal ions are not balanced in valence
 Each metal has excess electrons
 These electrons are available for conduction
 Charge Neutrality condition MUST be satisfied
:Over all, the Oxygen vacancies (+vely charged) balance the charge
neutrality
The TCO Thin films are
 Wide band gap materials
 Oxygen deficient
 Just by varying oxygen content in the film (JUST
ONE ELEMENT), the TCO can be made to
exhibit:
 Metallic
 Semiconducting
 Insulating Properties !!
Basic Properties:
 N - type, Degenerate direct band gap semiconductors
 Eg = 3.0 - 4.1 eV
 Electron concentration ~ 10
18
- 10
21

/cc
 Infra red reflectors (metallic property)
 Radiation resistance to ,, radiations
 Surface resistivity is very senstive to Oxygen or oxygen
related species : alcohol
 Good adherence to many types of substrates : glass,
plastic, polycarbonates, etc.
Các loại vật liệu chế tạo màng mỏng dẫn
điện trong suốt
 Các màng mỏng oxide dẫn điện trong suốt gồm hai
cấu tử như ZnO, SnO
2
và In
2
O
3

 Các màng pha tạp như ZnO pha tạp Al (ZnO dopped
Al – ZnO:Al), SnO hay Sb (SnO
2
:F hay SnO
2
:Sb),
In
2
O
3
pha tạp Sn (indium tin oxide - ITO), ZnO:Al và
ZnO:Ga…
 Hợp chất ba cấu tử như Zn

2
SnO
4
, MgIn
2
O
4
,
CdSb
2
O
6
:Y, ZnSnO
3
, GaInO
3
, Zn
2
In
2
O
5
và
In
4
Sn
3
O
12
và các oxide đa cấu tử khác.

Applications of TCO thin films:
 Passive Coatings:
 Transparent electrodes (LCD, Flat Panel Displays and
Plasma Displays)
 Ohmic contacts and optical couplers in Solar cells
 Oxygen and alcoholic sensors
 Infra red reflectors (Heat Mirrors) / Energy Efficient
Windows
 Nuclear reactor Windows
 Optical coatings on lenses and filters
Strategic applications:
 Defence:
 Infra red confinement
 EMI shielding
 Stealth Technology
 Space Technology (Satellite communication):
 Electro Static Discharge
Active coatings:
 Hetero junction solar cells and optical
detectors
 ITO/Si
 ITO/GaAs
 ITO/InP
 Optoelectronic Devices:
 in Optical fibre couplings
Các ứng dụng hiện nay của màng TCO
Diode phát sáng hữu cơ (Organic Light Emitting
Diode – OLED)
 Màng mỏng ZnO:Al trong ứng dụng này yêu cầu có

độ truyền qua cao (> 90%) trong vùng ánh sáng khả
kiến và điện trở thấp (1 – 3 x 10
-4
Ώcm).
 Yêu cầu phụ là độ đồng đều cao (± 5%)
Pin mặt trời
Cửa sổ điện sắc (Electrochromic - EC)
Các phương pháp chế tạo màng TCO
Các phương pháp đánh giá cấu trúc và tính
chất của màng mỏng TCO
 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
2d sin θ = nλ
Phương pháp đánh giá tính chất quang
của màng TCO
 Amorphous InGaZnO
4
Transparent Oxide Semiconductor
 Deposited by pulsed laser deposition at RT
 Bandgap = 3.1eV, 
hall
= 15cm
2
/Vs
Transmittance of SnO
2
Transparent Conducting Oxide
Phương pháp đánh giá tính chất quang của
màng TCO
Phương pháp đo đặc tính điện của màng

TCO
Màng dẫn điện trong suốt ZnO:Al chế tạo bằng phương pháp sol-gel của
một số tác giả trên thế giới [8,9,10]