崑 山 科 技 大 學電 機 工 程 系

高導電性 ITO/Ag 透明導電膜

之特性研究

指導老師： 林天財 老師

製作學生： 黃聖淞 4930J013

陳祺偉 4930J027

張力中 4930J029

陳誌佑 4930J048

許朝翔 4930J063

蔡有峻 4930J138

中 華 民 國 九 十 六 年 十 二 月

1

2

目錄

目錄.................................................... 2

圖目錄.................................................. 4

表目錄.................................................. 5

摘要.................................................... 6

第一章 緒論 ........................................... 7

1-1 前言............................................ 7

1-2 研究動機與目的 .................................. 9

第二章 基礎理論 ...................................... 11

2-1 濺鍍原理....................................... 11

2-2 直流濺鍍法 ..................................... 15

2-3 透明導電膜之特性與應用 ......................... 17

第三章 實驗方法與步驟................................. 24

3-1 實驗流程圖 ..................................... 24

3-2 實驗材料....................................... 25

3-3 實驗系統說明 ................................... 25

3-4 實驗步驟....................................... 28

3

3-5 薄膜性質量測 ................................... 32

第四章 結果與討論 .................................... 35

4-1 實驗結果....................................... 35

4-2 ITO/AG薄膜之電性分析........................... 37

4-3 ITO/AG薄膜之光學特性分析 ....................... 38

第五章 結論 .......................................... 39

參考文獻............................................... 40

4

圖目錄

圖 2-1 直流濺鍍系統示意圖................................ 15

圖 2-2 薄膜沉積機制示意圖................................ 16

圖 3-1 實驗流程圖........................................ 24

圖 3-2DC 直流濺鍍機台.................................... 26

圖 3-3 四點探針原理示意圖................................ 32

圖 3-4 四點探針機台...................................... 33

圖 3-5 光穿透率原理示意圖................................ 34

圖 3-6 光譜儀機台........................................ 34

圖 4-1 實驗結果示意圖.................................... 35

圖 4-2ITO/AG片電阻值趨勢圖.............................. 36

圖 4-3 改變鍍銀時間之光穿透率關係圖...................... 36

圖 4-4ITO/AG之光穿透率在 550NM各時間的比較圖............. 37

5

表目錄

表 1-1 各種金屬的電阻率比較............................... 9

表 3-1 儀器及設備配置.................................... 26

表 3-2ITO 濺鍍銀薄膜之鍍膜參數表......................... 29

表 4-1ITO/AG片電阻值數據表.............................. 35

6

摘要

氧化銦錫透明導電薄膜其本身具有良好導電性，在可光區域具

高透光性及高紅外線反射性，應用於平面顯示器、太陽能電池及光電

偵測器等透明電極上，用途極為廣泛。

本研究是將 ITO 透明導電玻璃鍍上一層導電率佳的金屬，藉由金

屬的高導電性質增加它整體的導電性，並且降低導電玻璃的電阻率。

本實驗中，採用直流濺鍍法，將已濺鍍的 ITO 透明導電玻璃，改變濺

鍍的時間分別鍍上厚度不同的銀，濺鍍結束之後，測量導電薄膜的光

穿透率、電阻值記錄其結果，預期得到一個導電性以及透光性佳的

ITO/Ag 透明導電薄膜。

研究結果顯示，增加表面金屬 Ag 對其整體之電阻率有下降之趨

勢，因為多層膜結構可視為電阻並聯效應，故 ITO 與金屬薄膜並聯

後，整體之導電機制以金屬薄膜為主，故達到降低其電阻率之目的。

其中 ITO/Ag 透明導電膜最佳參數之片電阻值為 13(Ω/□)。

7

第一章 緒論

1-1 前言

透明導電膜 ( transparent conducting films ) 指的是在可見

光範圍內(波長 300~800 nm)具有 80%以上的透光率，而且導電性高，

比電阻率低於 10-3Ω-cm 之薄膜，皆可稱為透明導電膜，透明導電膜

之材料分為兩類：一為金屬薄膜，另一為金屬氧化物半導體薄膜。

金屬薄膜(如：金、銀、銅等薄膜)具有極佳的導電性，但其透光率不

良，如果要增加其在可見光範圍的穿透率，薄膜厚度必須小於 100A，

然而大部分的金屬薄膜在厚度小於 100A 時，會形成島狀不連續膜，

使薄膜電阻值增加，當島狀結構變大時，會產生繞射效應，使可見光

穿透率降低，另外影響薄膜導電率的重要因素還有表面效應、雜質或

雜相濃度等。透明導電氧化物（Transparent Conductive Oxide,TCO）

以其接近金屬的導電率、可見光範圍的高穿透率、紅外線高反射比以

及其半導體特性，廣泛應用於太陽能電池、顯示器、氣敏元件、以及

抗靜地塗層。

在眾多可作為透明導電極之材料中，銦錫氧化物（Indium Tin

Oxide,ITO）薄膜是目前最被廣泛應用的一種。以 TFT-LCD 為例，隨

著畫面尺寸趨向大型化，高精細化，ITO 膜之電阻值要求也越來越低。

8

對於 OLED 顯示器而言，ITO 表面平緩度則會是重要的要求。為因應

這些要求，近年來，各方研究對 ITO 之鍍膜技術及 ITO 材料方面均做

了相當大的努力，包括鍍膜設備之改良，靶材規格之提升，以及各種

製成之配合等。

製作ITO薄膜的方式很多，例如：化學氣相沉積法（Chemical

vapor deposition）、熱蒸鍍(thermal evaporation)、RF、DC磁控濺

鍍(RF、DC magnetron sputtering)等。磁控濺鍍法乃目前和IC製程

技術相容性較高之技術，具有可連續生產高品質薄膜的特性，製程溫

度也較其他技術低，且適用在大面積的各種基板上，因此磁控濺鍍法

是目前使用相當普遍的薄膜製造技術。一般較重要的輝光放電技術，

有直流(DC)濺射法和射頻(RF)濺射法，另外亦有直接利用離子槍做為

離子源，如離子束濺射法(ion beam sputtering)。因DC濺射法成本

較低且製程控制容易，目前量產的ITO膜大都採用DC放電方式，但ITO

靶材必須非常緻密以減少放電阻抗，使用RF放電方式所形成的電漿密

度較高，放電電壓低，可得到比DC放電製程電阻值更低的ITO薄膜，

且其薄膜均一性良好，但設備貴是其缺點。

伴隨著電子元件功能化的需求，電子產品朝向高集積密度、小型

化的趨勢，如何製作低電阻率，高透光率，微細加工性良好，低缺陷

及大面積化的ITO膜，為目前研究ITO薄膜的趨勢。

9

1-2 研究動機與目的

ITO 具備電阻值低、對玻璃基板的附著力強透明度高，透光率好、

適當的耐藥品性，對強酸、強鹼抵抗力佳電及化學的穩定性佳等優良

特性，常應用在顯示器及發光元件的透明電極，一般 ITO 的電阻率低

至 cmx 4105 ，電阻特性已被目前的工業界所接受，但是無法與金屬

的高導電性相比較，一般金屬的電阻率比 ITO 低於 10~100 倍，若能

夠將 ITO 導電膜的電阻率降低至與金屬差不多，則可以擴大 ITO 導電

膜的應用，下表所示為日常生活中常用金屬比較，其中以銀的導電效

果最佳、電阻率最低，故研究選擇了 ITO/Ag 的透明導電膜做為研究

的結構。

表 1-1 各種金屬的電阻率比較

金屬名稱 電阻率(Ω-cm)

銀 1.62×10-6

銅 1.72×10-6

金 2.4×10-6

鋁 2.82×10-6

10

根據以上分析，如果能在 ITO 透明導電玻璃鍍上一層導電率佳的

金屬，藉由金屬的導電性質將可以增加它整體的導電性，並且降低它

的電阻率。

ITO 薄膜鍍上金屬所產生的問題，整合後歸類以下幾點：

1. ITO 鍍上金屬薄膜銀所要取決的時間以多少為宜，才不影響其

透光性和導電性。

2. 鍍銀之後 ITO 對於本身的透光性不良，應該如何去解決。

藉由這次研究，將了解如何去控制金屬薄膜的厚度，在薄膜厚度

與透光程度取得一平衡點，了解如何去控制濺鍍參數如時間功率，獲

得 ITO/Ag 透明導電膜，測量鍍上厚度不同的銀之電阻值及光穿透率。

11

第二章 基礎理論

2-1 濺鍍原理

電漿的基本定義指的是一個遭受部分離子化的氣體，再嚴僅一點

的定義指的是一群帶電以及中性粒子所組成並具備所謂的“群體特

性(Collective Behavior)”的氣體。電漿是人類近代物理化學

(Physical Chemistry)史上重大的發現之ㄧ，電漿的組成包括有各種

帶電荷的電子、離子、以及不代電的原子、分子以及原子團等。

氣體在特殊的環境條件影響之下，由氣體分子解離為原子，在形

成帶電的離子與電子團，且維持電中性的狀態下，稱此種氣體為電漿

(Plasma)。除了極高溫的環境下會形成電漿(約 6000K)之外，在一個

真空低壓系統的環境中，利用直流、交流、射頻電波(Radio Frequency)

或微波(Microwave)的放電(Discharge)以激發氣體分子離子化，也是

一種常見形成電漿的方法。此種利用放電形成電漿的溫度有別於高溫

電漿(High Temperature Plasma)，稱為低溫電漿(Low Temperature

Plasma)或非平衡電漿。當直流、交流、射頻電源供應器施加一高壓

電場於一真空低壓系統中兩個相對電極板上，此高壓電場可加速存在

於氣體中極微量的游離電子(此游離電子由高能量的γ射線所激

發)，如果加速的游離電子具有足夠能量，當其碰撞氣體分子或原子

12

時便發生激發或原子離子化作用的現象；而電極板將形成電容器，極

板表面處於低壓系統而不易吸附足夠的帶電粒子，帶正電離子將有機

會轟擊負電極板；而電子與氣體分子或原子發生碰撞後動能轉移使之

產生離子或電子，此種激發狀態下的粒子並不穩定而部份會回到基

態，因釋放能量而發光，即所謂輝光放電(Glow Discharge)；而電漿

能維持輝光放電，就是維持離子化(Ionization)、解離

(Dissociation)、激發(Excitation)、再結合(Recombination)、輻

射(Radiation)及電荷轉移(Charge Transformation)等反應穩定持

續的循環。

Ionization：e-+X→X+2e-

Dissociation：e-+X2→2X+e-

Excitation：e-+X→X*+e- (X*：Excitation state)

Recombination：e-+X→X*+hν

Radiation：X*→X+hν

Charge Transformation：Y*+X2→X2++Y

電漿獨特的輝光放電現象，必須在適當的氣壓和電壓的操作範圍

內才能發生：壓力太高，粒子平均自由路徑縮短，碰撞頻率增加，所

以電子與離子無法得到足夠的能量，電漿便無法產生；如果壓力太

低，單位體積內的電子與離子數量過少，造成沒有足夠的帶電粒子，

13

所以電漿也無法產生。因此，可以以電漿是否發光，間單地觀察輝光

放電現象的發生。

濺鍍製程是應用在薄膜沈積方面最基本且最常用的方法：在真空

腔體內，以靶材為陰極，通入惰性氣體並在電場作用下，誘使離子化

氣體擊電極板表面（即靶材表面）的原子，利用動量轉移（momenturm

transfer）將表面原子濺射出靶材表面，並衝並相對電極板（即基材

表面）而形成鍍膜。濺渡系統分為 DC 和 RF 輝光放電（DC glow

discharge，RF glow discharge），DC 濺鍍系統與 RF 濺鍍系統最大

的不同在於 DC 只能用於導體的濺鍍，而 RF 適用於導體、半導體及絕

緣體的濺鍍。

(1)濺鍍的應用包括：

1. 光學材料的覆蓋，例如透明導電膜（transparent conductor

film）的氧化銦錫（ITO）。

2. 裝飾的覆蓋，基座包括高分子材料均可使用。

3. 保護性的敷蓋，抗磨損（硬）敷蓋；摩擦的（低摩擦）覆蓋，

化學惰性的材料等。

這些製程的共同特徵是：要求極好的腐蝕阻抗和附著力，通常是

不規則的形狀，典型的濺鍍是用於大面積的覆蓋。

14

(2)濺鍍製程的特點為：

1. 產出率：沉機速率隨金屬合金、絕緣物而不同。

2. 可以濺鍍複雜材料。

3. 膜厚容易控制，可在現、均勻、附著好。

4. 大面積靶可以使用。

5. 無蒸鍍的“吐唾液”(spit)缺點。

6. 不受地心引力（靶材和電極安排）的限制。

7. 膜厚均勻，可免除快速電子，避免基板因而加熱。

8. 和許多電漿清洗製程相容。負偏壓可增進金屬膜的附著力，

並可除去污染。

9. 薄膜孔洞少。

(3)濺鍍缺點為：

1. 設備沉積速率慢。

2. 比較複雜，比電鍍貴。

3. 不易製作不規則形狀的覆蓋。

4. 除非改變靶，否則不易改變膜的成份。

15

2-2 直流濺鍍法

在各種 ITO 製作方法中，真空濺鍍方法是被最廣泛應用的。最常

見的直流式真空濺鍍法之原理為真空系統中裝置兩個平行金屬板，加

入適量的氣體，壓力約 10-1torr，在兩電極間加入數 kV 的電壓。在

氣體壓力及兩個電極板之距離到達一定的條件下，平行板間的氣體壓

力將產生放電而被游離。氣體原子又因為電壓之加速衝擊電極，引發

二次電子持續放電，然後形成電漿，若在此系統中加入 Ar 氣，在 Ar

氣形成之電漿中，含有 Ar 之正離子，此離子將被兩個電極板間所加

之電場吸引，而向陰極板撞擊，因而造成陰極板之靶材被撞出而飛向

陽極之基板上，在陽極之基板上堆積形成薄膜。

圖 2-1 直流濺鍍系統示意圖

16

圖 2-2 薄膜沉積機制示意圖

17

2-3 透明導電膜之特性與應用

(1)基本性質

ITO 透明導電膜為一種具寬能隙（約 3.5~4.3eV）的簡併半導體

（degenerate semiconductor），在可見光具有透明性（穿透率約

80~90%）且有良好的電阻率（ cmx 4105 ），在顯示器上可當作陽極

的透明電極使用。ITO 在可見光區的折射率 n為 1.8~2.1，其理論密

度為 7.5g/cm3

，其晶格結構跟 In2O3相同為體心立方晶格結構（cubic

bixbyite），但銦錫的摻雜使得晶格約略膨脹，（In2O

3的晶格常數

a0=10.118A，ITO 則為 10.118<a<10.31A）。ITO 薄膜典型的顆粒大小

直徑介於 400~600A，且隨著薄膜不同的沉積條件會展現很強的優選

方位。

(2)導電機制

在半導體的晶體結構中，若含有些許的雜質或缺陷，則很容易造

成n型半導體（donor bound level states）或p型半導體（accept bound

level states）使得半導體中的自由載子濃度和導電率增加。

ITO 屬 n型半導體，可能的導電機制有兩種，一種雜質摻雜機制，

另一種則為氧空位（oxygen vacancy）機制。在 n型的 ITO 薄膜內，

參與導電的載子可由下列兩式說明：

18

式中*和`代表有效正電荷和負電荷；符號 VO

**意指帶兩正電荷的氧空

缺，符號 SnIn

*表示正四價的錫取代正三價的銦離子進入 In2O3晶格內。

In2O3本身在結構上為易失去氧而產生氧空缺，由上式可知在生成

ITO 薄膜的過程中會有部份氧逸失掉（可再生成過程中抑制氧逸失的

量），以使生成之薄膜中存在有許多氧空缺，這些氧空缺（Vo）取代

原先 O2-離子的位置，一旦氧原子逸失後這些位置便留下有負二價的

靜電荷（2e-），而產生施體，是一般類似 ITO 金屬氧化物薄膜能夠導

電的原因。另外 ITO 有 5~10wt%SnO2的主要原因是當做摻雜質，上式

中由於 In、Sn 原子大小、質量均相近，故 Sn4+離子有機會取代 In2O3

中的 In3+離子，取代後多餘的一個外圍電子便會形成自由載子。故 ITO

薄膜的導電機制有上述兩個，其自由載子濃度是由氧空缺以及 Sn4+離

子雜質所控制。

19

(3)光學性質

ITO薄膜在不同波長區域範圍內，具有不同的光學特性，因為受

到大量自由電子的影響，在可見光及近紅外光區為高穿透率、低反

射，在紫外光區則為高吸收、低穿透，而在紅外光區為高反射、低穿

透，具有光選擇性。

自由電子對透明性的影響，出現在紫外光區的稱為（BM-shift）

效應，出現在紅外光區的被稱為自由電子吸收效應，BM-shift 可由

下式表示：

式中：Eg：光學能隙

Ego：當載子密度為零時的ITO本質能隙

ΔEgBM

：BM-shift

ΔEgBM

又可以下列式表示之

式中：n：帶電荷載子（charge carrier）

h：普朗克常數（Plank’s constant）

mvc：有效質量（reduced effective mass）

20

所謂 BM-shift 是吸收端的能量朝高能量移動的現象。因為生成

的載子會佔據導帶的底部，帶有原來能隙能量 Ego 的光無法將價帶的

電子激發到導帶的底部，必須有更高的能量 Eg 才能將電子激發到導

帶。ITO 對不同波長電磁波的吸收與穿透可分為以下三種：

A. 在紫外光區域為高吸收、低穿透。當入射光的能量大於ITO的能

隙寬度時，處於價帶的電子會因吸收光子能量而激發至導電帶，

由於光子能量的吸收，穿透率會隨光子能量增加而急遽下降；根

據BM-shift效應，當自由電子密度變高時，會使傳導電子由底層

開始往高能階處堆積，因此從價帶被激起的電子，為了進入傳導

帶，必須具有更高的能量才能飛越傳導帶底層的電子，使光學吸

收波長往高能量區域移動；此即ITO薄膜隨著導電性變化，同時

橫跨可見光、紫外光區域成為透明的理由。

B. 在可見光及近紅外光區為高穿透、低反射通常在此區域的穿透

率都在80%以上，薄膜對光子的吸收與散射均很小，僅約2%，穿

透率的下降主要是因為反射率增加所致。可見光穿透率有以下的

關係式：

21

式中：T：穿透率（transmittance）

R：反射率（reflectance）

d：膜厚（film thickness）

α：吸收係數（absorption coefficient）

其中A為常數，hυ為光子能量，Eg為轉移能隙，故知ITO薄膜的可

見光穿透率與能隙有關。

C. 在紅外光區為高反射、低穿透由於ITO薄膜有高濃度的自由載子

（>1019cm-3），可利用Drude’s的古典自由電子模型加以解釋；

自由載子濃度N所對應的電漿波長（λp）可由下式表示。

其中：mc：載子的有效質量

εL：介電常數

c ：光速

當λ>λp時，介電常數εL為負數，導致入射光的反射，使穿

透率下降。當N=5x1020cm-3時，λp約為2.04μm。

22

(4)銀的特性

銀(Silver)的化學符號是Ag。它是一種白色或淡灰色帶有光澤的

金屬，只有少部分是以天然銀姿態出現的，其餘多混合在銅、鉛、鋅

等硫化礦物中。銀的延展性僅次於金，比重是l0.5，熔點是961℃，

反光能力超過95。銀的特點是當加熱至沸點(Boiling point)1955℃

時，會揮發成綠色煙而消失，缺點是價格昂貴。銀不溶於水、鹼類和

大部分有機酸類，但能溶於硝酸和熱濃硫酸中，而且極容易與空氣中

的二氧化硫(S02)化合成為褐色的硫化銀(Ag2S)。

(5)ITO膜的應用

由於ITO具有很高的導電率且在可見光具有很高的穿透性，因

此，極適合應用在日常生活中的光電用品中，其應用如下：

A. ITO 膜的最重要就是應用在電腦顯示器 LCD 上的導電膜。這類應

用的重要產品包括隨身攜帶式電腦顯示器、掌上型電腦資料本、

手提電話及個人數位輔助器(PDA)等。

B. 應用於觸摸型顯示器。觸摸型顯示器在操作上並不需要用到滑鼠

或鍵盤，而是靠手指再螢幕上直接選擇。許多掌上型電腦資本、

個人數位輔助器、和中文輸入的鍵盤空間，均配備觸摸型顯示螢

幕。其中的主要元件乃是兩片基板上的 ITO 膜，藉由觸摸而改變

基板間的電容或電阻，以達到觸控的效果。因螢幕經常觸摸，玻

23

璃基板有易破的缺點，而塑膠基板則有耐撞的優點。

C. ITO 膜的另ㄧ應用是利用其傳導特性，產生抗靜電表面。當有電

磁輻射通過此表面，能量因被吸收而減低通過的輻射強度，而產

生電磁波輻射屏蔽作用。又薄膜有很高的透光性，因而利用光干

涉原理，可以設計出很好的抗反射鏡，如果將此產品置於帶有電

磁輻射發射源的顯示器(如 CRT、儀表板等)上面，不但可以減少

其輻射源，而且可增加螢幕顯示的顯像對比，而更為清晰。

24

第三章 實驗方法與步驟

3-1 實驗流程圖

圖 3-1 實驗流程圖

25

3-2 實驗材料

(1)靶材：本研究採用 ITO(In2O3－10wt% SnO2)陶瓷靶，均質公司製

造，規格為直徑 3吋，厚度 6mm。Ag(99.99%)金屬靶，直

徑 3吋，厚度 6mm。

(2)基材：本實驗是使用載玻片作為基板材料。首先，將載玻片以鑽

石筆裁切成 2.5x2.5cm 大小，以丙酮、純水、異丙醇、純

水的順序分別用超音波震盪清洗 5分鐘，再用氮氣吹乾，

之後置入腔體內。

(3)氣體：高純度氬氣(Ar)：99.99%，聯華氣體製造。

高純度氮氣(N2)：99.99%，聯華氣體製造。

3-3 實驗系統說明

本實驗採用 DC 直流濺鍍，機台腔體內包含三個靶材置放位置，

一組直流電源供應器，真空幫浦系統，可旋轉式基座，控制面板，及

冷卻水循環系統。

26

表 3-1 儀器及設備配置

儀器名稱 用途及說明

DC 直流濺鍍機 鍍膜專用

冷水機 降低腔體、基板溫度

空壓機 驅動氣動閥之開關

氬氣 產生電漿氣體

氮氣 破真空之用

圖 3-2 DC 直流濺鍍機台

27

(1)真空系統

首先採用機械幫浦將腔體抽至 10-3 torr 左右，再由擴散幫浦將

腔體真空抽至 10-6torr 以下；所使用之真空量測器包含派藍尼真空計

（Pirani gauge）用以量測低真空範圍，和熱陰極離子真空計（hot

cathode ionization gauge）量測高真空範圍。

(2)濺鍍腔

腔體內包含：

A. 磁性靶及非磁性靶、濺鍍擋板（shutter）、基座（substrate

halder）。

B. 磁控：

採用直流電源供應器（DC Source Supply），機台最大工作值

為 300W；靶材固定於磁控盤上，內裝有永久磁鐵，並有冷卻

水循環系統，避免濺鍍時靶材過熱，將靶材及磁鐵熔融。

(3)氣體傳輸系統

氣體流量以質流控制器（mass flow controller，MFC）計量，

控制氣體流量之大小。

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(4)可旋轉式基座

本實驗利用基座旋轉的方式進行濺鍍，在濺鍍時，視基座旋轉速

度不同，薄膜真正成長的時間也會不同。以本實驗採用的基座旋轉速

度為例，再旋轉一圈，只有 1/3 為薄膜真正成長時間，其餘時間則因

基座已轉離濺鍍粒子可成長之範圍，而造成薄膜非連續成長。

3-4 實驗步驟

(1)實驗方法

首先準備ㄧ個 2.5x2.5cm 的玻璃基板，接著清洗玻璃基板，按照

以丙酮去除表面有機物→純水→異丙醇去除水痕之順序，放在超音波

震盪器各 5分鐘，再以純水清洗之後用氮氣吹乾，清理腔體，置入試

片，經機械幫浦抽至 10 3 torr 後，再用擴散幫浦抽至 10 6 torr 後，

選用靶材，通入氬氣，依照鍍膜參數進行濺鍍，濺鍍方式採用直流濺

鍍法，將已濺鍍的 ITO 透明導電玻璃，再分別鍍上厚度不同的銀，藉

由改變濺鍍時間，而控制鍍銀的厚度，濺鍍結束之後，測量銀的光穿

透率、電阻值紀錄結果。

29

(2)ITO 濺鍍銀薄膜實驗濺鍍機台操作步驟

ITO 濺鍍參數選用 180V，0.2A，9min，3mtorr 的 ITO 透明導電玻璃。

表 3-2 ITO 濺鍍銀薄膜之鍍膜參數表

試片編號

濺鍍條件A B C D E F G

電壓 200V 200V 200V 200V 200V 200V 200V

電流 0.2A 0.2A 0.2A 0.2A 0.2A 0.2A 0.2A

工作壓力 3mtorr 3mtorr 3mtorr 3mtorr 3mtorr 3mtorr 3mtorr

鍍銀時間

(sec)20 40 80 100 120 140 160

步驟一 開機步驟：

1. 開啟氮氣與氬氣氣瓶，及氣瓶端手動閥。

2. 開啟冷水機電源。

3. 開啟空壓機電源。

4. 機台電源打開。

步驟二 試片置入腔體：

1. 通入氮氣對腔體破真空到一大氣壓，在打開腔體。

2. 將鍍好的 ITO 試片以氮氣槍輕輕噴吹後，放入腔體。

3. 關閉腔門。

30

步驟三 抽真空：

1. 開啟機械幫浦，開啟機械幫浦與腔體間的閥門(RV)對腔體抽

粗略真空，真空抽到 10-3torr 時，關閉機械幫浦與腔體間的

閥門。

2. 開啟機械幫浦與擴散幫浦間管路的閥門(FV)，對擴散幫浦出

氣口抽真空到 10-3torr。

3. 開啟擴散幫浦，熱機待運轉順暢後，打開連接擴散幫浦與腔

體間管路的閥門(HV)對腔體抽真空，抽到 10-6torr。

步驟四 設定製程參數

1. 根據所需的工作壓力，調整 MFC 控制通入氬氣流量。

2. 啟動旋轉馬達，使基座旋轉，設定轉速為 20rpm。

3. 開啟 DC Power，設定電壓大小(200V)，預濺鍍 5分鐘。

4. 打開檔板，開始沉積薄膜。

步驟五 結束製程與關機

1. 閉合檔板。

2. 關閉電源將直流功率旋鈕歸零。

3. 關閉 Ar-MFC 控制器閥門。

4. 關閉基座旋轉馬達。

5. 關閉連接擴散幫浦與腔體間管路的閥門。

31

6. 關閉擴散幫浦，等待擴散幫浦降速。

7. 按 V4 閥通氮氣破真空。

8. 開啟腔門。

9. 取出 ITO/Ag 試片。

10.關閉腔門。

11.對腔體進行粗抽至 5×10-1torr，此目的為保持腔體內部之潔

淨度。

12.關閉機械幫浦。

13.關閉機台電源。

14.關閉冷卻水機電源。

15.關閉空壓機電源。

16.關閉氣體手動閥門，將氣瓶鎖好。

32

3-5 薄膜性質量測

(1)電性量測

薄膜片電阻以四點探針量測，機台型號為 Keithley

2400，其基本原理為使用四根平行探針，由兩根探針對試片

通以固定電流(I)，電流流經未知電阻，再由其他兩根探針

測其相對電壓(V)，即可得到其片電阻值(R)，單位為Ω/□。

利用下列公式可算出片電阻值：

IV

R (Ω/□)

圖 3-3 四點探針原理示意圖

33

圖 3-4 四點探針機台

(2)光學特性測量

用光譜儀量測薄膜在可見光區的光穿透率，機台型號為

Spectrophotometer U-2800A，本實驗所掃瞄的波長範圍為

300nm~800nm，掃瞄速度為 400nm/min；光穿透率計算方法是將所量

得的光波 I除於原來射進來的光波 Io，即可得到光穿透率。利用下

列公式算出光穿透率：

%100 TIoI

34

圖 3-5 光穿透率原理示意圖

圖 3-6 光譜儀機台

35

第四章 結果與討論

4-1 實驗結果

圖 4-1 實驗結果示意圖

(1)片電阻值：利用四點探針量測。

9min 的 ITO 透明導電玻璃片電阻值是 50(Ω/□)。

表 4-1 ITO/AG片電阻值數據表

試片編號 A B C D E

鍍銀時間

(sec)80 100 120 140 160

片電阻值

(Ω/□)20 15 13 16 25

36

圖 4-2 ITO/AG片電阻值趨勢圖

(2)光穿透率：用光譜儀量測薄膜在可見光區的光穿透率，本實驗所

掃瞄的波長範圍為 300nm~800nm，掃瞄速度為 400nm/min。

圖 4-3 改變鍍銀時間之光穿透率關係圖

25(Ω/□)

16(Ω/□)

13(Ω/□)

15(Ω/□)

20(Ω/□)

0

5

10

15

20

25

30

80 100 120 140 160 180

鍍銀時間(sec)

片電阻值(Ω/□)

37

9min 的 ITO 透明導電玻璃，在波長 550nm 的光穿透率為 82.22%。

圖 4-4 ITO/AG之光穿透率在 550NM各時間的比較圖

4-2 ITO/Ag 薄膜之電性分析

從圖 4-2 上可看出，在鍍銀時間 80、100 及 120 秒時，因鍍銀時

間增加，銀粒子沉積漸漸形成完整的薄膜使得片電阻值有下降趨勢，

由於銀在成長為薄膜時，晶粒是不規則沉積，當晶粒沉積到一定程度

時，晶粒會有堆疊現象，導致薄膜上的晶格缺陷會變多，所以造成在

140 及 160 秒的 ITO/Ag 透明導電膜片電阻值有上升的現象。

在550nm時的透光率比較

66.34(%T)

66.22(%T)

61.39(%T)

62.37(%T)

61.75(%T)57.45(%T)

75.42(%T)82.22(%T)

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

鍍銀時間(sec)

%T

38

4-3 ITO/Ag 薄膜之光學特性分析

從圖 4-3 及 4-4 上可看出，純 ITO 透明導電膜的光穿透率比

ITO/Ag 透明導電膜還要高，因為鍍銀之後可提高其導電性，但相對

的會使得透光性下降，其整體光穿透率大約介於 55%~65%之間，其原

因可由下列公式來解釋，由下式可知，光穿透率與薄膜厚度成一自然

對數關係，且金屬薄膜在厚度持續增加時，其反射率也會大大的增

加，故降低其整體之光穿透率。

39

第五章 結論

本實驗主要探討純ITO薄膜以及在ITO薄膜上增加一層金屬（Ag）

形成 ITO/金屬的雙層膜結構，探討其不同製程參數對其薄膜之結構

與光電特性影響，將實驗結果歸納如下：

1. 在固定濺鍍壓力與電壓，只改變濺鍍銀的時間情形下，ITO/Ag 透

明導電膜隨著鍍銀時間增加，故其片電阻值越低，而片電阻值最

佳參數的鍍銀時間為 120 秒時的 13Ω/□為最低。

2. 光穿透率隨著鍍銀時間增加而下降，在片電阻值較低的 80、100、

120 及 140 秒的 ITO/Ag 透明導電膜中，具透光率最佳參數的鍍銀

時間是 140 秒的 66.22%。

3. 在可見光波長 550nm 的光穿透率，只鍍 ITO 9min 的透明導電膜，

透光率為 82.22%，加一層金屬(Ag)過後，透光率為 55%~65%之間，

由此可知，在基板上加一層金屬會影響其導電薄膜透光率的結果。

4. 銀在成長為薄膜時，晶粒是不規則沉積，當晶粒沉積到一定程度

時，晶粒會有堆疊現象，導致薄膜上的晶格缺陷會變多，所以造

成在 140 及 160 秒的 ITO/Ag 透明導電膜片電阻值有上升的現象。

5. 純 ITO 透明導電膜的光穿透率比 ITO/Ag 透明導電膜高，因為鍍銀

之後可提高導電性，但相對的會使透光性下降，其整體光穿透率

40

大約介於 55%~65%之間，所以有達到透明導電膜應用的需求。

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