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系統識別號 U0002-0408201323304100
中文論文名稱 氧化銦錫薄膜之性質檢測和製程分析
英文論文名稱 Properties Investigation and Process Analysis of Indium-Tin Oxide Films
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 101
學期 2
出版年 102
研究生中文姓名 王芝琳
研究生英文姓名 Jhih-Lin Wang
學號 601370231
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2013-06-18
論文頁數 60頁
口試委員 指導教授-林清彬
委員-蔡有仁
委員-張子欽
中文關鍵字 氧化銦錫  摻雜  穿透率  電阻係數 
英文關鍵字 doping  indium tin oxide  Transmittance  Resistivity 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本研究使用共析出法及溶劑熱法成功製備摻雜鎢、釔、鎵與銫之氧化銦錫粉末,摻雜濃度分別為4at%、6at%及8at%,並探討摻雜元素及含量對粉體光學及電學性質影響。由XRD繞射分析知摻雜元素不會改變氧化銦錫晶體結構。由全光譜儀分析知,摻雜釔離子會增加其能隙,呈現出藍移的趨勢,摻雜鎵與銫離子會降低其能隙,呈現出紅移的趨勢。由霍爾電壓分析知,載子濃度隨摻雜量提升而上升,遷移率則是相反;摻雜釔及鎵離子對導電率沒有明顯影響。
英文摘要 The present study has been successful synthesized the W, Y, Ga and Cs -doped ITO powders by the co-precipitation process and the solvothermal process, and the doping concentration are 4at%, 6at%, and 8at%. The effects of doped-elements and content on the optical and electricity properties of ITO powders were investigated. By XRD diffraction analysis, we know that the doped-elements would not change the crystal structure of indium tin oxide. The band-gap energy of Y -doped ITO powders tended to increase and the spectrums appeared the trends of blue-shifted by UV-Visible-NIR spectrophotometer, but the band-gap energy of Ga and Cs -doped ITO powders tended to decrease and then the spectrums appeared the trends of red-shifted. With the increment of the doping concentration, the carrier concentration increased and the mobility decreased. The Y and Ga -doped ITO powders have no significant effect on the conductivity.
論文目次 2目錄
致謝 ............................................................................................................. I
中文摘要 .................................................................................................... II
英文摘要 ................................................................................................... III
目錄 .......................................................................................................... IV
圖目錄 .................................................................................................... VIII
表目錄 ..................................................................................................... XII
第一章 導論 ......................................................................................... 1
1.1 前言 ............................................................................................. 1
1.2 文獻回顧 ..................................................................................... 2
1.2.1 氧化銦錫介紹 .......................................................... 2
1.2.1.1 ITO 導電性質 ................................................ 2
1.2.1.2 ITO 之晶體結構 ............................................ 3
1.2.1.3 光學性質 ....................................................... 3
1.2.2 ITO 粉末的製備方法 .............................................. 5
1.2.2.1 固相反應法 ................................................... 5
1.2.2.2 溶劑熱法 ....................................................... 6
1.2.2.3 溶膠凝膠法 ................................................... 6
1.2.2.4 共析出法 ....................................................... 7
1.2.4 氧化銦錫漿料分散方法 .......................................... 8
1.2.4.1 機械粉碎法 ................................................... 8
1.2.4.1.1 球磨法 ........................................................ 8
1.2.4.2 超音波分散法 ............................................... 9
1.2.4.3 粉體的化學表面改質 ................................... 9
1.2.5 成膜方法 ................................................................ 10
1.2.5.1 旋轉塗佈(Spin Coating) .............................. 10
1.2.5.2 浸塗法(Dip Coating) .................................... 10
1.2.5.3 化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition)
................................................................................ 11
1.2.5.4 真空蒸鍍法 ................................................. 11
1.2.5.5 噴霧熱分解法spray coating ...................... 11
1.2.5.6 濺鍍法 ......................................................... 12
1.2.6 ITO 粉末燒結 ......................................................... 13
1.3 動機目的 ................................................................................... 13
第二章 實驗設計 ............................................................................... 14
2.1 實驗材料與設備 ....................................................................... 14
2.1.1 實驗材料 ................................................................ 14
2.1.2 實驗設備 ................................................................ 15
2.2 實驗步驟 ................................................................................... 16
2.2.1 ITO 奈米粉體製作 ................................................ 16
2.2.2 溶劑熱 ................................................................... 16
2.2.3 ITO 的漿料製作 .................................................... 16
2.2.4 成膜 ....................................................................... 17
2.2.5 燒結 ....................................................................... 17
2.3 性質測試 ................................................................................... 17
2.3.1 X 光繞射分析 (X-ray diffraction, XRD) ......... 17
2.3.2 粒徑分析 ................................................................ 18
2.3.3 霍爾電壓量測系統(Hall Measurement System) ... 18
2.3.4 紫外線-可見光譜(UV-Vis) ................................... 19
第三章 結果與討論 ........................................................................... 20
3.1 摻雜離子在ITO 晶體結構之狀態 ............................................ 20
3.1.1 X 光繞射分析 ........................................................ 21
3.1.2 EDAX 成分分析 .................................................... 24
3.2 在共析出反應過程中的顏色變化 ............................................ 25
3.3 ITO 摻雜粉末在450℃空氣中煆燒後的顏色變化 ................... 28
3.4 ITO 摻雜粉末經溶劑熱後的性質分析 ...................................... 30
3.4.1 顏色變化 ................................................................ 30
3.4.2 ITO 的顯微結構 .................................................... 31
3.5 ITO 漿料的性質分析 .................................................................. 34
3.5.1 漿料的分散性 ........................................................ 34
3.5.2 粒徑分析對光學性質的影響 ................................ 35
3.6 ITO 薄膜的光學性質 .................................................................. 39
3.6.1 紅移和藍移 ............................................................ 41
3.6.2 紅外線阻斷效應 .................................................... 52
3.6.3 特殊例子 ................................................................ 53
3.7 ITO 的電學性質分析 .................................................................. 53
第四章 結論 ....................................................................................... 56
第五章 參考文獻 ............................................................................... 58


圖目錄
圖 3.1 摻雜濃度4at%Y、Ga 和Cs 的ITO 粉末之XRD 圖譜
........................................................................................... 21
圖 3.2 摻雜濃度6at% W、 Y 和Ga 和Cs 的ITO 粉末之XRD
圖譜 .................................................................................. 22
圖 3.3 摻雜濃度8at% Y、Ga 和Cs 的ITO 粉末之XRD 圖譜
........................................................................................... 23
圖 3.4 未摻雜ITO 之XRD 圖譜 ........................................... 23
圖 3.5 摻雜鎢的EDAX 分析 ................................................. 24
圖 3.6 摻雜釔的EDAX 分析 ................................................. 24
圖 3.7 摻雜銫的EDAX 分析 ................................................. 25
圖 3.8 摻雜鎵的EDAX 分析 ................................................. 25
圖 3.9 使用共析出方法製備摻雜銫ITO 之顏色變化;(a)
未加氨水前為透明;(b)及(c)加入氨水後逐漸有
白色粉末析出 .................................................................. 26
圖 3.10 使用共析出方法製備摻雜釔ITO 之顏色變化;(a)
未加氨水前為透明;(b)(c)(d)加入氨水後逐漸
有白色粉末析出 .............................................................. 27
圖 3.11 使用共析出方法製備摻雜鎢ITO 之顏色變化;(a)
未加氨水前為棕色;(b)及(c)加入氨水後逐漸有
深褐色粉末析出 .............................................................. 28
圖 3.12 摻雜6at% W 之ITO 粉末經450℃煆燒後的顏色.. 29
圖 3.13 摻雜(a)4at%;(b)6at%;(c)8at% Y 之ITO 粉末經煆
燒後之顏色 ...................................................................... 29
圖 3.14 摻雜(a)4at%;(b)6at%;(c)8at% Ga 之ITO 粉末經煆
燒後之顏色 ...................................................................... 30
圖 3.15 摻雜(a)4at%;(b)6at%;(c)8at%Cs 之ITO 粉末經煆
燒後之顏色 ...................................................................... 30
圖 3.16 摻雜6at% W 之ITO 粉末經溶劑熱法後之顏色 ..... 30
圖 3.17 摻雜(a)4at%;(b)6at%;(c)8at% Y 之ITO 粉末經溶
劑熱法後之顏色 .............................................................. 31
圖 3.18 摻雜(a)4at%;(b)6at%;(c)8at% Ga 之ITO 粉末經溶
劑熱法後之顏色 .............................................................. 31
圖 3.19 摻雜(a)4at%;(b)6at%;(c)8at%Cs 之ITO 粉末經溶
劑熱法後之顏色 .............................................................. 31
圖 3.20 摻雜鎢ITO 的FE-SEM 照片 ................................... 32
圖 3.21 摻雜釔ITO 的FE-SEM 照片 ................................... 32
圖 3.22 摻雜鎵ITO 的FE-SEM 照片 ................................... 33
圖 3.23 摻雜銫ITO 的FE-SEM 照片 ................................... 33
圖 3.24 摻雜6at% W 之ITO 漿料之顏色 ............................. 34
圖 3.25 摻雜(a)4at%;(b)6at%;(c)8at% Y 之ITO 漿料之顏
色 ...................................................................................... 34
圖 3.26 摻雜(a)4at%;(b)6at%;(c)8at% Ga 之ITO 漿料之顏
色 ...................................................................................... 34
圖 3.27 摻雜(a)4at%;(b)6at%;(c)8at%Cs 之ITO 漿料之顏
色 ...................................................................................... 35
圖 3.28ITO 摻雜6at% W 之粒徑分佈 ................................... 35
圖 3.29ITO 摻雜(a)4at%;(b)6at%;(c)8at% Y 之粒徑分佈
........................................................................................... 36
圖 3.30ITO 摻雜(a)4at%;(b)6at%;(c)8at% Ga 之粒徑分佈
........................................................................................... 37
圖 3.31ITO 摻雜(a)4at%;(b)6at%;(c)8at%Cs 之粒徑分佈
........................................................................................... 38
圖 3.32 摻雜 (A)6at%W;(B)4at%Yi;(C)6at%Yi;(D)8at%Yi;
(E)4at%Ga;(F)6at%Ga;(G) 8at%Ga;(H)4at%Cs;(I)
6at%Cs;(J) 8at%Cs 之ITO 漿料 .................................. 39
圖 3.33ITO 摻雜6at% W 之薄膜透光情形 ........................... 40
圖 3.34ITO 摻雜(a)4at%;(b)6at%;(c)8at% Y 之薄膜透光情
形 ...................................................................................... 40
圖 3.35ITO 摻雜(a)4at%;(b)6at%;(c)8at% Ga 之薄膜透光
情形 .................................................................................. 40
圖 3.36 薄膜示意圖 ................................................................ 41
圖 3.37 互補色 ........................................................................ 41
圖 3.38 摻雜20wt% Y 的ITO 薄膜之UV-VIS 光譜圖 ....... 44
圖 3.39 摻雜40wt% Y 的ITO 薄膜之UV-VIS 光譜圖 ....... 45
圖 3.40 摻雜60wt% Y 的ITO 薄膜之UV-VIS 光譜圖 ....... 46
圖 3.41 摻雜20wt% Ga 的ITO 薄膜之UV-VIS 光譜圖 ..... 47
圖 3.42 摻雜40wt% Ga 的ITO 薄膜之UV-VIS 光譜圖 ..... 48
圖 3.43 摻雜60wt% Ga 的ITO 薄膜之UV-VIS 光譜圖 ..... 49
圖 3.44 摻雜20wt% Cs 的ITO 薄膜之UV-VIS 光譜圖 ...... 50
圖 3.45 摻雜40wt% Cs 的ITO 薄膜之UV-VIS 光譜圖 ...... 51
圖 3.46 摻雜60wt% Cs 的ITO 薄膜之UV-VIS 光譜圖 ...... 52
圖 3.47 摻雜6at% W 的ITO 薄膜之UV-VIS 光譜圖 ......... 53

表目錄
表 3-1 粒徑大小百分比(單位:nm) ......................................... 35
表 3-2 粒徑大小百分比(單位:nm) ......................................... 36
表 3-3 粒徑大小百分比(單位:nm) ......................................... 37
表 3-4 粒徑大小百分比(單位:nm) ......................................... 38
表 3-5 鎢的比較表 .................................................................. 43
表 3-6 釔的比較表 .................................................................. 43
表 3-7 鎵的比較表 .................................................................. 43
表 3-8 銫的比較表 .................................................................. 44
表 3-9 釔的霍爾電壓比較表 .................................................. 54
表 3-10 鎵的霍爾電壓比較表 ................................................ 55
表 3-11 銫的霍爾電壓比較表 ................................................ 55
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