淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


系統識別號 U0002-0408201323503400
中文論文名稱 氧化銦錫的特性與製程分析
英文論文名稱 Characteristis and process analysis of Indium-Tin Oxide
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 羅婕
研究生英文姓名 Chieh Luo
學號 601370215
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2013-06-18
論文頁數 63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     
英文關鍵字 indium tin oxide  doping  magnesium  aluminum 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本文透過共析出法及溶劑熱法成功製備出摻雜鎂及鋁離子之氧化銦錫粉末,摻雜濃度為4at%、6at%與8at%,並探討摻雜對粉體光學及電學性質影響。經溶劑熱處理後,氧空缺增加,粉體的顏色轉為淡藍或深藍色。由全光譜儀分析得知,摻雜鎂會降低其能隙,呈現出紅移的趨勢,但隨著摻雜濃度提升,會呈現藍移的趨勢;而摻雜鋁離子則會增加能隙,呈現出藍移的趨勢。由霍爾電壓得知,隨著摻雜濃度提升,載子濃度也隨之提升,載子遷移率則下降。
英文摘要 The present study has been successful synthesized the Mg and Al -doped ITO powders by the methods of co-precipitation and solvothermal, 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. Doping Mg in ITO powders lowered its band-gap energy, and then the spectrum appeared the trends of red-shifted, but with the increment of the doping concentration, the spectrum appeared the trends of blue-shifted by UV-Visible-NIR spectrophotometer. The band-gap energy of Al -doped ITO powders tended to increase and then the spectrums appeared the trends of blue-shifted. With the increment of the doping concentration, the carrier concentration increased and the mobility decreased.
論文目次 總目錄
中文摘要....................................................................... I
Abstract ....................................................................... II
總目錄........................................................................... III
圖目錄........................................................................... V
表目錄........................................................................... VI
符號說明....................................................................... VII
第1 章 導論.................................................................... 1
1-1 前言........................................................................... 1
1-2 研究動機................................................................... 3
1-2.1 研究目的................................................................ 3
1-2.2 研究內容................................................................ 3
第2 章 文獻回顧............................................................. 4
2-1 氧化銦In2O3 .............................................................. 4
2-2 氧化銦錫(ITO)介紹 ................................................. 6
2-2.1 ITO 光學性質 ........................................................ 7
2-2.2 ITO 電學性質 ....................................................... 11
2-3 氧化銦錫(ITO)製備方法 ......................................... 12
2-3.1 固相反應法.............................................................. 12
2-3.2 溶膠凝膠法.............................................................. 13
2-3.3 共析出法.................................................................. 14
2-3.4 溶劑熱法.................................................................. 15
2-3.5 各粉體製備方法比較.............................................. 16
2-4 氧化銦錫(ITO)漿料分散法 ...................................... 17
2-4.1 機械粉碎法.............................................................. 17
2-4.2 超音波分散法.......................................................... 17
2-4.3 分散劑...................................................................... 18
2-5 氧化銦錫(ITO)成膜方法 .......................................... 19
2-5.1 濺鍍法...................................................................... 19
2-5.2 真空蒸鍍法.............................................................. 20
2-5.3 高溫裂解噴塗法...................................................... 20
2-5.4 化學氣相沉積法(CVD) .......................................... 21
2-5.5 旋轉塗佈法.............................................................. 22
第3 章 實驗....................................................................... 24
3-1 實驗材料與儀器設備.................................................. 24
3-1.1 實驗材料.................................................................. 24
3-1.2 儀器設備.................................................................. 25
3-2 實驗步驟...................................................................... 27
3-2.1 氧化銦錫(ITO)摻雜製備 ........................................ 27
3-2.2 溶劑熱法.................................................................. 27
3-2.3 球磨分散.................................................................. 28
3-2.4 成膜.......................................................................... 28
3-2.5 壓錠及真空燒結...................................................... 28
3-3 性質測試...................................................................... 29
3-3.1 X 光繞射分析(XRD) ............................................... 29
3-3.2 FE-SEM 分析 .......................................................... 29
3-3.3 Size-Zeta 粒徑分析 ................................................. 30
3-3.4 全光譜儀量測.......................................................... 30
3-3.5 霍爾電壓量測.......................................................... 30
第4 章 結果與討論........................................................... 32
4-1 摻雜元素在ITO 晶體結構的狀態 .............................. 32
4-1.1 EDAX 成份分析 ..................................................... 34
4-2 共析出反應過程之顏色變化....................................... 35
4-3 ITO 摻雜粉末在450℃空氣中燒結後顏色變化 .......... 38
4-4 ITO 經溶劑熱後的性質分析 ..................................... 40
4-4.1 顏色變化.................................................................. 40
4-4.2 X 光繞射分析 .......................................................... 41
4-4.3 氧化銦錫之顯微結構.............................................. 45
4-5 ITO 漿料的性質分析 ............................................... 47
4-5.2 粒徑分析.................................................................. 49
4-6 ITO 薄膜光學性質 .................................................... 52
4-7 導電性質...................................................................... 56
第5 章 結論........................................................................ 58
第6 章 參考文獻................................................................ 60

圖目錄
圖 4-1 摻雜6at% Mg 元素ITO 粉末之EDAX ......................... 34
圖 4-2 摻雜6at% Al 元素ITO 粉末之EDAX ............................ 34
圖 4-3 摻雜6at% Mg 之ITO 在共析出過程的顏色變化 .......... 36
圖 4-4 摻雜6at% Al 之ITO 在共析出反應過程的顏色變化 ..... 37
圖 4-5 以450℃煆燒,摻雜(a) 4at% Mg;(b) 6at% Mg;(c) 8at% Mg 之ITO 粉末。........39
圖 4-6 以450℃煆燒,摻雜(a) 4at% Al;(b) 6at% Al;(c) 8at% Al 之ITO 粉末。........39
圖 4-7 溶劑熱後的ITO 粉末,由左至右分別是摻雜Mg (a) 4at%;(b) 6at%;(c)8at%,及摻雜Al (d) 4at%;(e) 6at%;(f) 8at%。 ...... 40
圖 4-8 摻雜濃度4at% Al 和Mg 的ITO 粉末之XRD 圖譜 ....... 43
圖 4-9 摻雜濃度6at% Al 和Mg 的ITO 粉末之XRD 圖譜 ....... 43
圖 4-10 摻雜濃度8at% Al 和Mg 的ITO 粉末之XRD 圖譜 ......44
圖 4-11 無摻雜ITO 粉末經溶劑熱處理後之XRD 圖譜 ............ 44
圖 4-12 經溶劑熱後,摻雜6at% Mg 之FE-SEM 照片 ............... 45
圖 4-13 經溶劑熱後,摻雜6at% Al 之FE-SEM 照片 ................. 46
圖 4-14 (a)有加Binder 與分散劑與(b)未加Binder 與分散劑ITO 漿料之分散狀態47
圖 4-15 摻雜(a) 4at%;(b) 6at%;(c) 8at% Mg 的ITO 漿料之分散狀態 ... 48
圖 4-16 摻雜(a) 4at%;(b) 6at%;(c) 8at% Al 的ITO 漿料之分散狀態 .... 48
圖 4-17 摻雜4at%、6at%、8at% Mg 之ITO 的粒徑分析圖 ...................... 50
圖 4-18 摻雜4at%、6at%、8at% Al 之ITO 的粒徑分析圖 ....................... 51
圖 4-19 ITO 薄膜之示意圖 ................................................................ 52
圖 4-20 摻雜0at%、4at%、6at%、8at% Mg,濃度20wt% ITO 薄膜之UV-vis 光譜圖 ..................................... 54
圖 4-21 摻雜0at%、4at%、6at%、8at% Mg,濃度40wt% ITO 薄膜之UV-vis 光譜圖 ..................................... 54
圖 4-22 摻雜0at%、4at%、6at%、8at% Al,濃度20wt% ITO 薄膜之UV-vis 光譜圖 ..................................... 55
圖 4-23 摻雜0at%、4at%、6at%、8at% Al,濃度40wt% ITO 薄膜之UV-vis 光譜圖 ..................................... 55


表目錄
表 4-1 摻雜Mg 的ITO 之XRD 主峰值的2θ值、d 與偏移量Δd ................. 42
表 4-2 摻雜Al 的ITO 之XRD 主峰值的2θ值、d 與偏移量Δd ................... 42
表 4-3 摻雜4at%、6at%、8at% Mg 之ITO 的粒徑百分比 (單位:nm) ..... 50
表 4-4 摻雜4at%、6at%、8at% Al 之ITO 的粒徑百分比 (單位:nm) ...... 51
表 4-5 4at%、6at%、8at% Mg 的ITO 之粒徑、晶格常數與能隙 ............. 53
表 4-6 4at%、6at%、8at% Al 的ITO 之粒徑、晶格常數與能隙 .............. 53
表 4-7 霍爾電壓量測之載子濃度、載子遷移率及電阻率 ......................... 56
表 4-8 霍爾電壓量測之載子濃度、載子遷移率及電阻率 ......................... 57
參考文獻 1. 陳成裕, 銦、氧化銦錫及銦化合物暴露危害預防 - 勞工安全衛生研究所。勞工安全衛生簡訊第96 期;pp16-17。
2. T. J. Yen, “The Preparation of Nanometer ITO Thin Film by Ion Beam Sputtering Method”, National Kaohsiung University of Applied Sciences. 2008.
3. 楊明輝,透明導電膜,藝軒圖書出版社,(2006)。
4. 洪文進,許登貴,萬明安,郭書瑋,蘇昭瑾,“ITO 透明導電薄膜:從發展與應用到製備與分析”,CHEMISTRY,63 (3) (2005),pp.409-418。
5. W.A. Gazotti, G. Casalbore-Miceli, A. Geri, A. Berlin, M.A. De Paoli, An all-plastic and flexible electrochromic device based on elastomeric blends, Advanced Materials 10 (1998) 1522–1525.
6. X. Y. Konga, Z. L. Wang, “Structures of indium oxide nanobelts ”,
Solid State Communication .vol 128, issue 1(2003).
7. H. Odaka, Y. Shigesato, T. Murakami, and S. Iwata, “Electronic Structure Analyses of Sn-doped In2O3”, J. Appl. Phys., 40 (2001), pp.3231-3235.
8. CaF2 晶體結構圖, 2013/6/2 取自
http://chem.xmu.edu.cn/teach/clhx/clhxdr1/clhxdl/%B5%DA%B6%F
E%C6%AA/4_3.htm
9. 透明導電膜之技術,日本學術振興會 透明酸化物光.電子材料第116 委員會編,Ohmsha,(1999),pp.84。
10. 透明導電膜之技術,日本學術振興會 透明酸化物光.電子材料第116委員會編,Ohmsha,(1999),pp.84。
11. G. B. Gonzalez, T. O. Mason, J. P. Quintana, O. Warschkow, D. E. Ellis, J.-H. Hwang, and J. P. Hodges, “Defect structure studies of bulk and nano-indium-tin oxide”, J. Appl. Phys., 96 (7) (2004), pp.3912-3920.
12. 百度百科-氧化銦錫 http://baike.baidu.com/view/2885007.htm
13. J. C. C. Fan and F. J. Bachner, “Properties of Sn-Doped In2O3 Films Prepared by RF Sputtering”, J. Electorchem. Soc., 122 (12) (1975), pp.1719-1724.
14. 陽明輝,“金屬氧化物透明導電材料的基本原理”,工業材料,第179 期(2001),pp.134-144。
15. Sreenivas; K., Sudersena Rao; T., Appl. Phys. 1982, 27.
16. M. Fox, Optical Properties of Solids, Oxford University Press, (2001).
17. I. Hamberg, C. G. Granqvist, K. F. Berggren, B. E. sernelius and L. Engstrom, “Band-gap widening in heavily Sn-doped In2O3”, Phys. Rev. B, 30 (1984) , pp.3240-3249.
18. R. L. Weiher and R. P. Ley, J. Appl. Phys. 37 (1966) 299.
19. I. Hamberg and C.G. Granqvist, “Evaporated Sn-doped In2O3 films : Basic optical properties and applications to energy-efficient windows”, J. Appl. Phys., 60, R123 (1986).
20. 黃敬佩,ITO 導電玻璃及相關透明導電膜之原理及應用,勝華科技股份有限公司,2006。
21. W. F. Wu and B. S. Chiou, “Properties of Radio-Frequency Magnetron Sputtered ITO Films without In-Situ Substrate Heating and Post-Deposition Annealing”, Thin Solid Films, 247 (1994), pp.201-207.
22. 尹瑞蓮,”摻雜離子對ITO 光學性質的影響”,淡江大學機械與機電工程學系所,2012。
23. K. Fukui, K. Kanayama, M. Katoh, T Yamamoto and H Yoshida, “Synthesis of indium tin oxide powder by solid-phase reaction with microwave heating”, Advanced Powder Technology, 20 (5) (2009), pp.488–492.
24. 蔡裕榮,周禮君,“以溶膠凝膠法製備透明導電氧化物薄膜的探討”,CHEMISTRY,60 (3) ( 2002),pp.307-318。
25. 呂志偉,姚吉升,陳志飛,”納米ITO 粉的製備技術及其應用”,有色礦冶,第19 卷第5 期,2003。
26. M. Epifani, P. Siciliano, A. Gurlo, N. Barsan and U. Weimar, “Ambient Pressure Synthesis of Corundum-Type In2O3” Journal of American Chemistry Sociaty 126 (2004) 4078-4079.
27. S.-G. Chen , C.-H. Li , W.-H. Xiong , L.-M. Liu and H. Wang ,” Preparation of indium-tin oxide (ITO) nano-aciculae by a simple precipitation near boiling point and post-calcination methode”, Materials Latters, 59 (2005), pp.1342-1346.
28. 毛植葳,”以溶熱法製備之ITO 奈米導電塗料於低溫鍍製ITO 透明導電薄膜探討”,長庚大學化工與材料工程研究所,2011。
29. K. Byrappa, T. Adschiri, “Hydrothermal technology for nanotechnology”, Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials 53 (2007) 117-166.
30. G.S. Zhu, H.R. Xu, “Mono-dispersed tin doped indium oxide nanometer powders prepared by hydrothermal method”, Journal Inorganic Materials 20 (2005) 479-483.
31. K. Yanagisawa, C.P. Udawatte and S. Nasu, “Preparation and characterization of fine indium tin oxide powders by a hydrothermal treatment and postannealing method”, Journal of Materials Research, 15 (2000) 1404-1408.
32. 朱協彬,段學臣,陳海清,“MC 對ITO 水相漿料的穩定作用及其分散機理”,中南大學學報,第4 期,2007。
33. 高濂,孫靜,劉陽橋,“奈米粉體的分散及表面改性”,五南出版(2005)。
34. T.S.Suzuki,Y.Sakka,K.Nakano,K.Hiraga,“Effect of Ultrasonication on the Microstructure and Tensile Elongation of Zirconia-Dispersed Alumina Ceramics Prepared by Colloidal Processing” J.Am.Ceram.Soc., Vol.84 (2001) p2132–34.
35. 潘漢昌,蕭銘華,蘇健穎,蕭健男,”透明導電膜簡介”,科儀新知,26:1=141,2004,pp.46-55。
36. 蔡宗典,“超薄ITO 透明導電膜應用在觸控面板之研究”,國立中央大學,2008。
37. 王文生,“利用熱燈絲輔助低溫磁控濺鍍氧化銦錫透明導電膜”,逢甲大學,2006。
38. Y. Shigesato, R. Koshi-ishi, T. Kawashima and J. Ohsako, “Early stages of ITO deposition on glass or polymer substrates”, Vacuum, 59 (2000) 614-621.
39. S. K. Park, J. In Han, W. K. Kim and Min Gi Kwak, “Deposition of indium-tin-oxide films on polymer substrates for application in plastic-based flat panel displays” , Thin Solid Films, 397 (2001) 49-55.
40. D. M. Mattox, Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing, published by Noyes Publications, 1998, p.260.
41. P. Nath and R. F. Bunshah, Thin Solid Films 69 (1980) 63.
42. P. Nath, R. F. Bunshah, B. M. Basol and O. M. Staffsud, Thin Solid Films 72 (1981) 267.
43. 丸山敏朗編著,熱分解法による透明導電性薄膜の塗佈形成,東京,アイヒ-シ-, 1988.
44. Yang-Ming Lu, “Transparent conductive thin film”, National University of Tainan.
45. L. E. Scriven, Mat. Res. Soc Symp. Proc. 121 (1988) 717-729.
46. 涂華民,”顏色的化學與物理學本質”,化學教育,2005(8): 7-10。
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2018-08-06公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2018-08-06起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2281 或 來信