对比氧化铟锡(ITO)导电薄膜与银纳米线(SNW)

姚看江湖
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  目前光电显示触摸屏行业中透明导体主要使用氧化铟锡(ITO);铟被归为稀土金属,主要储量位于中国。ITO对各种电子设备的普及作出了很大贡献,特别是电子显示器和太阳能电池。要制造透明导体,需要在真空腔中使用汽相沉积工艺将ITO溅镀到目标基板上,然后对带涂层的基板(通常是玻璃)进行蚀刻和图案设计处理,以形成用于触摸屏中的透明导体。

  ITO导电玻璃是在钠钙基或硅硼基基片玻璃的基础上,利用磁控溅射、蒸发等多种方法镀上一层氧化铟锡(俗称ITO)膜加工制作成的。液晶显示器专用ITO导电玻璃,还会在镀ITO层之前,镀上一层二氧化硅阻挡层,以阻止基片玻璃上的钠离子向盒内液晶里扩散。高档液晶显示器专用ITO玻璃在溅镀ITO层之前基片玻璃还要进行抛光处理,以得到更均匀的显示控制。液晶显示器专用ITO玻璃基板一般属超浮法玻璃,所有的镀膜面为玻璃的浮法锡面。因此,最终的液晶显示器都会沿浮法方向,规律的出现波纹不平整情况。

  在溅镀ITO层时,不同的靶材与玻璃间,在不同的温度和运动方式下,所得到的ITO层会有不同的特性。一些厂家的玻璃ITO层常常表面光洁度要低一些,更容易出现“麻点”现象;有些厂家的玻璃ITO层会出现高蚀间隔带,ITO层在蚀刻时,更容易出现直线放射型的缺划或电阻偏高带;另一些厂家的玻璃ITO层则会出现微晶沟缝。

  ITO膜层的主要成份是氧化铟锡。在厚度只有几千埃(一埃等于0.1纳米)的情况下,氧化铟透过率高达90%以上,氧化锡导电能力强,液晶显示器所用的ITO玻璃正是一种具有高透过率的导电玻璃。由于ITO具有很强的吸水性,所以会吸收空气中的水份和二氧化碳并产生化学反应而变质,俗称“霉变”,因此在存放时要防潮。

  ITO层在活性正价离子溶液中易产生离子置换反应,形成其它导电和透过率不佳的反应物质,所以在加工过程中,尽量避免长时间放在活性正价离子溶液中。ITO层由很多细小的晶粒组成,晶粒在加温过程中会裂变变小,从而增加更多晶界,电子突破晶界时会损耗一定的能量,所以ITO导电玻璃的ITO层在600度以下会随着温度的升高,电阻也增大。

  ITO导电玻璃按电阻分,分为高电阻玻璃(电阻在150~500欧姆)、普通玻璃(电阻在60~150欧姆)、低电阻玻璃(电阻小于60欧姆)。高电阻玻璃一般用于静电防护、触控屏幕制作用;普通玻璃一般用于TN类液晶显示器和电子抗干扰;低电阻玻璃一般用于STN液晶显示器和透明线路板。

  ITO导电玻璃制造工艺

  (1)电化学扩散工艺:在玻璃上用电化学扩散方法可获得掺杂超导薄膜。玻璃在电化学处理装置中与熔融金属或化合物接触,在一定的电场作用下,熔融金属或化合物中的离子会扩散到玻璃表面,玻璃中的一价碱金属离子离解处来,等量地扩散至阴极表面,使玻璃表面的化学组成发生变化。性能随之改变。

  (2)高温喷涂和等离子体喷涂工艺:这种技术是将粉末状金属或非金属、无机材料加热至熔化或未熔化状态,并进一步加温使其雾化,形成高温高速焰流喷向需喷涂的玻璃基体。采用这种方式可以先在基体上制备YBaGUOx等涂层,在经过热处理可成为超导性材料。

  纳米线是一种纳米尺度(1纳米=10^-9米)的线。换一种说法,纳米线可以被定义为一种具有在横向上被限制在100纳米以下(纵向没有限制)的一维结构。这种尺度上,量子力学效应很重要,因此也被称作"量子线"。根据组成材料的不同,纳米线可分为不同的类型,包括金属纳米线(如:Ni,Pt,Au等),半导体纳米线(如:InP,Si,GaN等)和绝缘体纳米线(如:SiO2,TiO2等)。分子纳米线由重复的分子元组成,可以是有机的(如:DNA)或者是无机的(如:Mo6S9-xIx)。作为纳米技术的一个重要组成部分,纳米线可以被用来制作超小电路。银纳米线除具有银优良的导电性之外,由于纳米级别的尺寸效应,还具有优异的透光性、耐曲挠性。因此被视为是最有可能替代传统ITO透明电极的材料,为实现柔性、可弯折LED显示、触摸屏等提供了可能,并已有大量的研究将其应用于薄膜太阳能电池。此外由于银纳米线的大长径比效应,使其在导电胶、导热胶等方面的应用中也具有突出的优势。

  来自Cambrios公司的ClearOhm涂层材料是其中包含银纳米线(SNW)悬浮物的墨水。纳米线是由直径为数十纳米、长度为数十微米的水晶银制成,因此纵横比较高。施涂到塑料(通常是PET)基板上时,生成的膜具有一层高度导电但透明的银纳米网线。单晶银线会重叠在一起,形成高度导电的网络(因为银是已知最具导电性的元素)。

  ITO及SNW的优势对比

  由于技术已趋成熟,ITO数年以来一直处于市场支配地位。一些制造商甚至已在汽相沉积/溅镀设备投资了数百万美元的资金。

  ITO工艺较为简单易懂。虽然其传导效果不如SNW,ITO膜也无法提供低的薄层电阻率,但其性能对于小尺寸触摸屏的传统应用已足够。ITO非常一致,图案能见度最小化,且该材料非常稳定。

  SNW在传导效果及低薄层电阻率上均比ITO出色,且该材料已在数种消费产品中应用成熟,其制造成本及每单位成本更低,扩大SNW生产规模也更为容易。卷对卷加工的SNW透明导体对那些要求产量高、工序简单的新建生产设施是一种极好的选择,且该材料非常适用于柔性显示触摸屏。

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