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System No. U0002-0912201415384600
Title (in Chinese) 製備氧化銦錫薄膜之光學與電學研究
Title (in English) Investigation of Optical and Electrical Properties of Indium-Tin Oxide Films
Other Title
Institution 淡江大學
Department (in Chinese) 機械與機電工程學系碩士班
Department (in English) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
Other Division
Other Division Name
Other Department/Institution
Academic Year 103
Semester 1
PublicationYear 104
Author's name (in Chinese) 王健嘉
Author's name(in English) Chien-Chia Wang
Student ID 601370132
Degree 碩士
Language Traditional Chinese
Other Language
Date of Oral Defense 2014-12-09
Pagination 71page
Committee Member advisor - Chin-Bin Lin
co-chair - 蔡有仁
co-chair - 張子欽
Keyword (inChinese) 摻雜
氧化銦錫



Keyword (in English) indium tin oxide
doping
lithium
calcium
copper
Other Keywords
Subject
Abstract (in Chinese)
本研究利用共析出法及溶劑熱法成功製備摻雜鈣、鋰及銅之氧化銦錫粉末,摻雜濃度分別為4at%、6at%及8at%,並探討摻雜元素及含量對粉體之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,摻雜鈣離子會降低其能隙,呈現出紅移的趨勢;而摻雜鋰離子則會增加能隙,呈現出藍移的趨勢。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。
Abstract (in English)
The present study has been successful prepared the Ca, Li and Cu -doped ITO powders by the processes 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 Ca in ITO powders lowered its band-gap energy, and then the spectrum appeared the trends of red-shifted by UV-Visible-NIR spectrophotometer. The band-gap energy of Li -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.
Other Abstract
Table of Content (with Page Number)
總目錄

第一章 導論	1
1.1 前言	1
1.2 文獻回顧	3
1.2.1 氧化銦In2O3介紹	3
1.2.2 氧化銦錫介紹	4
1.2.2.1 Sn的摻雜濃度對氧化銦的影響	5
1.2.3 ITO之光學特性	6
1.2.4 ITO之導電特性	10
1.2.5 ITO粉末的製備方法	11
1.2.5.1 固相反應法	11
1.2.5.2 機械粉碎法	12
1.2.5.3 水熱法	12
1.2.5.4 溶劑熱法[46-47]	13
1.2.5.5 溶膠-凝膠法	13
1.2.5.6 電解法	15
1.2.5.7 噴霧燃燒法	15
1.2.5.8 噴霧熱分解法	16
1.2.5.9 析出法	16
1.2.6 ITO粉末的分散方法	18
1.2.6.1 分散方法	19
1.2.7 ITO的成膜方法	23
1.2.7.1 磁控濺鍍成膜	23
1.2.7.2 真空蒸鍍成膜[15]	25
1.2.7.3 浸鍍法[15]	25
1.2.7.4 噴霧熱分解法[15]	26
1.2.7.5 旋轉塗佈法	27
1.3 研究動機	28
第二章 實驗設計	29
2.1 實驗材料與設備	29
2.1.1 實驗材料	29
2.1.2 實驗設備	30
2.2 實驗步驟	31
2.2.1 ITO奈米粉體製作	31
2.2.2 ITO粉末溶劑熱法	31
2.2.3 ITO粉末分散	32
2.2.4 ITO漿料塗佈	32
2.2.5 ITO粉末壓錠	32
2.2.6 ITO圓柱錠真空煆燒	33
2.3 性質測試	33
2.3.1 X光繞射分析 [21]	33
2.3.2 粒徑分析 [64]	34
2.3.3 霍爾電壓分析[65]	35
第三章 結果與討論	36
3.1 摻雜元素對ITO導電型態改變	36
3.1.1 EDAX成分分析	37
3.2 在共析出反應中之顏色變化	39
3.3 ITO粉末在450℃空氣中煆燒之顏色變化	42
3.4 ITO摻雜粉末在溶劑熱後的性質分析	44
3.4.1 顏色變化	44
3.4.2 X光繞射分析	44
3.4.3 銅摻雜ITO粉末的特殊變化	48
3.4.4 ITO粉末的顯微結構	49
3.5 ITO漿料的性質分析	50
3.5.1 ITO漿料分散性	50
3.5.2 粒徑分佈	52
3.5.3 ITO漿料之光學性質	54
3.6 光學性質分析	54
3.6.1 紅移和藍移現象	55
3.6.2 紅外線阻斷效應(IR cut-off effect)	60
3.7 真空煆燒後之ITO電學性質	62
第四章 結論………………………………………..………………..63
第五章 文獻回顧…………………………………..………………..66

圖目錄

圖 1.1 In2O3之體心立方晶格結構	3
圖 1.2銦離子周圍氧離子的配置	4
圖 1.3載子密度與摻雜量關係取線圖	6
圖 1.4 Burstein-Moss效應示意圖	9
圖 1.5靜電穩定作用  空間位阻穩定作用  靜電空間位阻穩定作用[50]	19
圖 3.1摻雜6 at.% Ca的ITO粉末之EDAX	38
圖 3.2摻雜6 at.% Li的ITO粉末之EDAX	38
圖 3.3摻雜6 at.% Cu的ITO粉末之EDAX	38
圖 3.4摻雜鋰、鈣元素在共析出反應過程中的顏色變化(a)ph=1;(b)ph=3~4;(c) ph=5~6;(d)ph=7。	40
圖 3.5摻雜鋰、鈣元素在共析出反應過程中的顏色變化(a)ph=1;(b)ph=2;(c) ph=3;(d)ph=4;(e)ph=5;(f)ph=6;(g)ph=7;(h)沉澱之後顏色改變。	41
圖 3.6煆燒後摻雜鈣元素(a)4 at%;(b)6 at%;(c)8 at之ITO粉末顏色	43
圖 3.7煆燒後摻雜鋰元素(a)4 at%;(b)6 at%;(c)8 at之ITO粉末顏色	43
圖 3.8煆燒後摻雜銅元素(a)4 at%;(b)6 at%;(c)8 at之ITO粉末顏色	43
圖 3.9溶劑熱後摻雜鈣元素(a)4 at%;(b)6 at%;(c)8 at%的ITO粉末顏色	44
圖 3.10溶劑熱後摻雜鋰元素(a)4 at%;(b)6 at%;(c)8 at%的ITO粉末顏色	44
圖 3.11未摻雜與摻雜4at%鋰和鈣元素ITO之XRD圖譜	45
圖 3.12未摻雜與摻雜6at%鋰和鈣元素ITO之XRD圖譜	46
圖 3.13未摻雜與摻雜8at%鋰和鈣元素ITO之XRD圖譜	46
圖 3.14溶劑熱後ITO粉末 XRD圖	47
圖 3.15溶劑熱後在高壓府內壁上發現析出銅	48
圖 3.16溶劑熱取出的溶劑內發現銅凝膠	48
圖 3.17摻雜鋰的ITO粉末之FE-SEM照片	49
圖 3.18摻雜鈣的ITO之FE-SEM照片	50
圖 3.19無Binder及分散劑之摻雜的ITO漿料沉降狀態	51
圖 3.20加入Binder及分散劑之摻雜鈣元素(a)4 at%; (b)6 at%;	51
圖 3.21加入Binder及分散劑之摻雜鋰元素(a)4 at%; (b)6 at%;	51
圖 3.22加入Binder及分散劑之摻雜銅元素(a)4 at%; (b)6 at%;	51
圖 3.23摻雜鈣離子(a)4 at%;(b)6 at%;(c)8 at%ITO之粒徑分布	52
圖 3.24雜鋰離子(a)4 at%;(b)6 at%;(c)8 at%ITO之粒徑分布	53
圖 3.25 ITO薄膜示意圖	54
圖 3.26摻雜鈣元素20wt%ITO薄膜之Uv-vis光譜圖	57
圖 3.27摻雜鈣元素40wt%ITO薄膜之Uv-vis光譜圖	57
圖 3.28摻雜鈣元素60wt%ITO薄膜之Uv-vis光譜圖	58
圖 3.29摻雜鋰元素20wt%ITO漿料之Uv-vis光譜圖	58
圖 3.30摻雜鋰元素40wt%ITO漿料之Uv-vis光譜圖	59
圖 3.31摻雜鋰元素60wt%ITO漿料之Uv-vis光譜圖	59


表目錄

表 1.1 ITO主要用途表	28
表 3.1球磨後摻雜鈣離子ITO的粒徑大小百分比	53
表 3.2球磨後摻雜鋰離子ITO的粒徑大小百分比	53
表 3.3摻雜鈣元素紅藍移比較表	60
表 3.4摻雜鋰元素紅藍移比較表	60
表 3.5摻雜鋰和鈣元素能隙值	60
表 3.6摻雜鈣元素阻斷效應對照表	61
表 3.7摻雜鋰元素阻斷效應對照表	61
表 3.8 ITO摻雜鈣的電學性質	62
表 3.9 ITO摻雜鋰的電學性質	63
References
伍、參考文獻
[1]	F. Streintz, Annals of Physics, (Leipzig) 9, 854 (1902). 
[2]	K. Badeker, Annals of Physics, (Leipzig) 22, 749 (1907).
[3]	Prof. Yang-Ming Lu,氧化鋅透明導電膜研究,National University of Tainan.
[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,台北科技大學有機高分子研究所,2005。
[5]	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).
[6]	 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.
[7]	 Shi-Yao Sun , Target synthesis and optoelectronic properties of the evaporated Mo-doped In2O3(IMO) films,Department of Materials Science and Engineering National Cheng Kung University,2005.
[8]	毛植葳,Low temperature preparation of transparent conductive indium-tin oxide thin films by solvothermally synthesized indium-tin oxide nano-slurry,長庚大學化工與材料工程研究所,2011.
[9]	材料世界網,光電產業中的關鍵材料銦,2009.
[10]	黃士育,室溫氧化銦薄膜電晶體於可繞式基板上的製備,國立中山大學光電工程研究所,2009.
[11]	H.Odaka,Japanese Journal of Applied Physics,40,3231(2001).Copyright 2001,The Japan Society of Applied Physics.
[12]	陳彥里、張立偉、黃盟文、施漢章,氧化銦奈米結構的合成及特性分析,中國文化大學數位機電科技研究所、中國文化大學材料科學與奈米科技研究所、國立清華大學材料科學與工程學系、國立中興大學材料科學與工程學系,2010.
[13]	曾浩鈞,氧化銦摻雜鈷之磁、電性質研究,國立成功大學物理研究所,2008.
[14]	透明導電膜之技術,P83~84,1990,Ohmsha.
[15]	楊明輝,透明導電膜,藝軒圖書出版社,(2006) 。
[16]	http://www.baike.com/ipadwiki/%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%93%9F%E9%94%A1,互動百科
[17]	陳盟憲,銦錫氧化物之製備與特性研究,逢甲大學材料科學與工程研究所
[18]	賴明雄、溫志中,工業材料,179 (1991) 145-152.
[19]	Sreenivas; K., Sudersena Rao; T., Appl. Phys. 1982, 27.
[20]	M. Fox, Optical Properties of Solids, Oxford University Press, (2001).
[21]	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.
[22]	蔡明倫,ITO 鍍膜於PET 基板上之研究,國立中央大學光電科學研究所,2005.
[23]	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.
[24]	Ishibashi; S., Higuchi; Y., Ota; Y., Mat. Res. Soc., 1992,271, 401.
[25]	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.
[26]	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
[27]	Gilbert Rancoule,et al Unital States Patent [P]5433901,1995 or WO18138,1994.
[28]	毛黎明,多功能納米金屬複合氧化物漿料的製備與開發,中南大學,2005.
[29]	K.Y.,C.P.U.,Preparation and characterization of fine indium tin oxide powers by a hydrothermal theatment and postannealing method[J].J.Mater.Res.,2000,15(6):1404~1408.
[30]	呂志偉,姚吉升,陳志飛,納米ITO粉的製備技術及其應用,NoN — FERRoUS M INING AND M ETALLURGY V01.19.No 5,2003
[31]	講義,逢甲大學,https://www.google.com.tw/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CDIQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.fcu.edu.tw%2FwSite%2Fpublic%2FAttachment%2Ff1266912105830.ppt&ei=C9NqUYG5BavjigLSkYC4DQ&usg=AFQjCNGkfErDEveZCcipAc3tahQvOBy9hw
[32]	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。
[33]	Z.-H. Li and D.-Y. REN, “Preparation of ITO transparent conductive film by sol-gel method”, Trans. Nonferrous Met. SOC. China, 16 (6) (2006), pp.1358-1361.
[34]	宋偉明,周惠良,胡奇林等,銦錫氧化物奈米晶的溶膠凝膠法合成[J],寧夏大學學報(自然科學版),2000,21(4):339~341。
[35]	王天民,糜碧,洪軻,張維佳,納米ITO粉末及高密度ITO靶製備工藝的研究現狀,北京航航天人學,北京100083
[36]	Koichi Nakashima, Toru Saito, Takamasa Maekawa, United States Patent[P],5417816,1995.
[37]	Chen Shizhu(陳世柱),Yin Zhimin(志民),Huang Baiyun(黃伯雲),Hu Lixuan(胡林軒)Nonferrous Metals(有色金屬) [J],2000,52(2):88~90
[38]	Osamu Matsunagagta1,United States Patent[P],5700419,1997
[39]	Jpn,Kokai,Tokky koho[P],Jp64-87519.
[40]	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.
[41]	B.C. Kim, S.M. Kim, J.H. Lee and J.J. Kim, “Effect of phase transformation on the densification of coprecipitated nanocrystalline indium tin oxide powders”, J. Am. Ceram. Soc., 85 (8) (2002), pp. 2083–2088.
[42]	S. M. Kim, K. H. Seo, J.H. Lee, J. J. Kim, H. Y. Lee and J. S.Lee, “Preparation and sintering of nanocrystalline ITO powders with different SnO2 content”, Journal of the European Ceramic Society, 26 (2006), pp.73-80.
[43]	S. Tang, J. Yao, J. Chen and J. Luo, “Preparation of indium tin oxide (ITO) with a single-phase structure”, Journal of Materials Processing Technology, 137 (2003), pp. 82–85. 
[44]	N. C. Pramanik, S. Das and P. K. Biswas, “The effect of Sn(IV) on transformation of co-precipitated hydrated In(III) and Sn(IV) hydroxides to indium tin oxide (ITO) powder”, Materials Letters, 56 (2002), pp.671–679. 
[45]	Takafumi Sasaki, Yosuke Endo,a Masafumi Nakaya, Kiyoshi Kanie,*Akira Nagatomi, Koji Tanoue,Ryoichi Nakamura and Atsushi Muramatsu, One-step solvothermal synthesis of cubic-shaped ITO nanoparticles precisely controlled in size and shape and their electrical resistivity, Journal of Materials Chemistry,2010
[46]	Jin-Seok Lee, Sung-Churl Choi, Solvent effect on synthesis of indium tin oxide nano-powders by a solvothermal process, Department of Ceramic Engineering, Hanyang University,2004.
[47]	Y. B. KHOLLAM, S. R. DHAGE, H. S. POTDAR, S. B. DESHPANDE,P. P. BAKARE, S. D. KULKARNI and S. K. DATE, ibid.56(2002)571.
[48]	蕭章能,以高分子分散劑作為奈米粉體濕式分散研磨、界面改質及合成的研究,國立交通大學材料科學與工程研究所,2007。
[49]	高濂,孫靜,劉陽橋,奈米粉體的分散及表面改性,2003。
[50]	陳飛霞,奈米氧化铟锡透明隔熱塗料的製備及性能研究,南京工業大學,2004。
[51]	張楠,劉家祥,吴妲,“分散劑對ITO 前驅物浆料稳定性的影響,稀有金属材料與工程, 2009。
[52]	李風雷,王庭慰,沈曉東,催升,“纳米氧化铟锡表面改性研究”,合成纖維工業,2005。
[53]	朱協彬,段學臣,陳海清,“MC對ITO 水相浆料的稳定作用及分散機理”中南大學學報(自然科学版) ,2007。
[54]	侯翠红,孫吉梅,张寶林,“奈米氧化銦锡在乙醇相中的分散稳定性研究”, IM&P 化工礦物與加工,2007。
[55]	朱協彬,段學臣,陳海清,“3種分散劑对ITO 浆料稳定性能的影響”,中国有色金属学报, 2007。
[56]	彭思翔,高折射率TNO透明導電薄膜及其應用於高反射鏡設計之研究,國立中央大學光電科學與工程學系所,2010。
[57]	D.S. Richerby and A. Matthews, “Advanced Sruface Coatings:A Handbook of Surface Engineering”, Chapaman and Hall, New York, 92-100, (1991).
[58]	木村浩,渡邊弘,石原哲,鈴木義雄,伊東孝,真空第30卷第6號,1987.
[59]	S. Ishibashi, Y. Higuch, Y. Ota and K. Nakamura, J. Vac. Sci. Technol.A8[3],1990。
[60]	M.Mizuhashi,Thin Solid Films 70,1980.
[61]	S.Seki, Y.sawada,M.Ogawa,M.Yamamoto,Y.Kagota,A.Shida and M.Ide,Surf.Coat.Technol.2003.
[62]	S.Kulazewicz,W.Jarmoc and K.Turowska,Thin Solid Films,1984.
[63]	L.A.Ryabova,V.S.Salun and I.A.serbinov,Thin Solid Films,1982.
[64]	梁崇正,明膠的溶膠-凝膠相變化與微乳液-有機凝膠相變化,國立中 央大學化學工程與材料工程所,2002。
[65]	維基百科,http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9C%8D%E7%88%BE%E6%95%88%E6%87%89
[66]	http://tw.search.yahoo.com/r/_ylt=A8tUwY.nYbdRKxYAmihr1gt.;_ylu=X3oDMTE2YmJyMHBvBHNlYwNzcgRwb3MDNQRjb2xvA3R3MQR2dGlkA1ZJUFRXNDBfNDU2/SIG=12rlb36go/EXP=1371001383/**http%3a//resource.blsh.tp.edu.tw/science-i/content/1980/00070127/0010.htm
[67]	冉绍兵,樊刚,张家涛,Nd掺杂对ITO粉体性能的影响,昆明理工大学材料与冶金工程学院,第13卷第5期,2007.
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