Оксид индия-олова
| Оксид индия-олова | |
|---|---|
| Общие | |
| Традиционные названия | смешанный оксид индия-олова; ITO |
| Хим. формула | (In2O3)0,9 - (SnO2)0,1 |
| Физические свойства | |
| Состояние | бесцветное твёрдое вещество, в массе - желтоватое |
| Молярная масса | 264,94 г/моль |
| Плотность | 7,12 г/см3 (25 °C) [1] |
| Химические свойства | |
| Растворимость | |
| • в воде | нерастворим |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 50926-11-9 |
| PubChem | 16217324 |
| Рег. номер EINECS | 610-589-1 |
| SMILES | |
| InChI | |
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
Оксид индия-олова (англ. Indium tin oxide или сокращённо ITO) — полупроводниковый материал, прозрачен для видимого света благодаря большой ширине запрещённой зоны (около 4 eV), но способен отражать ИК излучение. Твёрдый раствор оксидов индия (III) и олова (IV) типично содержит 90 % первого и 10 % второго.
Свойства
[править | править код]Является полупроводником n-типа с проводимостью, сравнимой с металлической, где ионы олова служат донорами электронов. В тонких слоях порядка 200 нм, нанесенный на стекло при температуре около 400 °С демонстрирует высокую прозрачность и имеет поверхностное сопротивление около 6 Ом/□.
Области применения
[править | править код]Оксид индия-олова (ITO) — оптоэлектронный материал, широко применяемый как в научных исследованиях, так и в промышленности. ITO используется во многих областях, включая плоские дисплеи, «умные» окна, полимерную электронику, тонкоплёночные фотоэлектрические элементы, стеклянные двери морозильных камер супермаркетов и архитектурное остекление. Кроме того, тонкие плёнки ITO на стеклянных подложках могут применяться в оконных стёклах для повышения энергоэффективности.[2] Зелёные ленты ITO используются для производства электролюминесцентных, функциональных и полностью гибких ламп.[3] Тонкие плёнки ITO также применяются главным образом в качестве антиотражающих покрытий, а также в жидкокристаллических дисплеях (LCD) и электролюминесцентных устройствах, где они служат прозрачными проводящими электродами.[4] ITO часто используется для создания прозрачных проводящих покрытий в дисплеях, таких как жидкокристаллические, OLED- и плазменные дисплеи, сенсорные панели и устройства на электронных чернилах.[5] Тонкие плёнки ITO также применяются в органических светодиодах, солнечных элементах, антистатических покрытиях и экранировании электромагнитных помех. В органических светодиодах ITO используется в качестве анода (слоя инжекции дырок). Плёнки ITO, нанесённые на лобовые стёкла, применяются для обогрева и предотвращения обледенения авиационных стёкол. Нагрев осуществляется за счёт подачи напряжения на плёнку. ITO также используется для отражения или поглощения электромагнитного излучения. Фонарь кабины истребителя F-22 Raptor имеет покрытие из ITO, которое поглощает радиолокационные волны и отражает инфракрасное излучение, повышая малозаметность самолёта и придавая остеклению характерный золотистый оттенок.[6][7] ITO применяется и в различных оптических покрытиях, в частности в инфракрасно-отражающих покрытиях (так называемых «тепловых зеркалах») для автомобильной промышленности и стекол натриевых ламп. К другим областям применения относятся газовые сенсоры, антиотражающие покрытия, электросмачивание на диэлектриках и брэгговские отражатели для лазеров VCSEL. ITO также используется в качестве инфракрасного отражателя в энергосберегающих оконных стёклах (low-e). Кроме того, ITO применялся в качестве сенсорного покрытия в более поздних моделях камер Kodak DCS, начиная с Kodak DCS 520, для повышения чувствительности синего канала. Тонкоплёночные тензодатчики на основе ITO могут работать при температурах до 1400 °C и использоваться в экстремальных условиях, например в газовых турбинах, реактивных и ракетных двигателях. ITO используется в качестве прозрачного проводящего слоя в солнечных элементах, включая тонкоплёночные, перовскитные и тандемные элементы.[10] Его прозрачность позволяет солнечному свету достигать активных слоёв, а высокая проводимость обеспечивает эффективный сбор заряда, повышая общую эффективность устройств.
Методы нанесения
[править | править код]Оксид индия-олова наносят различными методами, в зависимости от нужной прозрачности и материала подложки. При нанесении на стекло используется метод напыления в высоком вакууме, но при этом подложка, на которую наносят прозрачные электроды, может нагреваться до 400 °С. Это неприемлемо для большинства термопластичных материалов. Также, сообщается о получении газовых сенсоров на основе ITO для детектирования газа CO с помощью плоттерной печати[8].
Одним из наиболее распространенных методов получения тонких пленок ITO является магнетронное распыление[9]. Свойства получаемых пленок в значительной степени зависят от технологических параметров процесса распыления, таких как давление в камере, мощность разряда и температура подложки. Также для получения ITO могут применяться методы электронно-лучевого и термического испарения, обладающие своими преимуществами и недостатками. Золь-гелевая технология представляет собой альтернативный подход к получению пленок ITO, характеризующийся относительно низкой стоимостью, однако требующий последующей термообработки для улучшения электропроводящих свойств[10]. Для получения пленок ITO с высокой степенью контроля толщины и состава могут быть использованы методы химического осаждения из газовой фазы (CVD) и атомно-слоевого осаждения (ALD), однако данные методы требуют применения более сложного и дорогостоящего оборудования. [11].
Конкурирующие материалы
[править | править код]Главным недостатком оксида индия-олова является его дороговизна (в связи с высоким спросом, цена индия превышала 750 долларов за килограмм), поэтому предлагались другие материалы для прозрачных электродов:
- Оксид цинка, легированный индием (ZnO-In2O3)[12]
- Оксид алюминия-цинка (AZO)
- Оксид олова, легированный фтором (FTO)
- Оксид олова, легированный сурьмой
- Графен [13]
- Проводящие полимеры (в т.ч. PEDOT)
- Оксид индия, легированный фтором (IFO)
- Оксид индия, легированный цинком (IZO)
- Ванадат стронция [14]
- Ванадат кальция [14]
Ссылки
[править | править код]- ↑ Gunar Kaune: Röntgenografische Charakterisierung von Indium-Zinn-Oxid-Dünnschichten. (PDF; 4,4 MB) Архивная копия от 14 февраля 2006 на Wayback Machine Diplomarbeit an der Technischen Universität Chemnitz, 26. September 2005.
- ↑ Electrical, optical, and structural properties of indium–tin–oxide thin films for organic light-emitting devices.
- ↑ Tape Casting of ITO Green Tapes for Flexible Electroluminescent Lamps.
- ↑ Du, Jian; Chen, Xin-liang; Liu, Cai-chi; Ni, Jian; Hou, Guo-fu; Zhao, Ying; Zhang, Xiao-dan (24 April 2014). "Highly transparent and conductive indium tin oxide thin films for solar cells grown by reactive thermal evaporation at low temperature". Applied Physics A. 117 (2): 815–822. Bibcode:2014ApPhA.117..815D. doi:10.1007/s00339-014-8436-x. S2CID 95720073.
- ↑ Du, Jian; Chen, Xin-liang; Liu, Cai-chi; Ni, Jian; Hou, Guo-fu; Zhao, Ying; Zhang, Xiao-dan (24 April 2014). "Highly transparent and conductive indium tin oxide thin films for solar cells grown by reactive thermal evaporation at low temperature". Applied Physics A. 117 (2): 815–822. Bibcode:2014ApPhA.117..815D. doi:10.1007/s00339-014-8436-x. S2CID 95720073.
- ↑ Sweetman, Bill (1998). F-22 Raptor. MBI Publishing Company. p. 48. ISBN 978-1-61060-143-6..
- ↑ Xu, Yang (2023-01-06). "Indium tin oxide as a dual-band compatible stealth material with low infrared emissivity and strong microwave absorption". Journal of Materials Chemistry C. 11 (5): 1754–1763. doi:10.1039/D2TC04722E. Retrieved 2025-03-24.
- ↑ Artem S. Mokrushin, Nikita A. Fisenko, Philipp Yu Gorobtsov, Tatiana L. Simonenko, Oleg V. Glumov. Pen plotter printing of ITO thin film as a highly CO sensitive component of a resistive gas sensor (англ.) // Talanta. — 2021-01-01. — Vol. 221. — P. 121455. — ISSN 0039-9140. — doi:10.1016/j.talanta.2020.121455.
- ↑ Амосова Л. П., Исаев М. В. Магнетронное напыление прозрачных электродов ITO из металлической мишени на холодную подложку // Журнал технической физики : журнал. — 2014. — № 84.
- ↑ Кузнецова, С. А., Халипова, О. С., Лютова, Е. С., & Борило, Л. П. Золь-гель метод получения тонкопленочных оксидных материалов различного назначения: обзор результатов исследований на кафедре неорганической химии Томского государственного университета // Вестник Томского государственного университета : журнал. — 2022. — doi:10.17223/24135542/27/3. Архивировано 13 мая 2025 года.
- ↑ Комаров, Ф. Ф., Романов, И. А., Власукова, Л. А., Пархоменко, И. Н., Цивако, А. А., & Ковальчук, Н. С. Резистивное переключение в структурах ITO/SiN \_x/Si // Журнал технической физики : журнал. — 2021. — С. 139-144. — doi:10.1134/S1063784221010126.
- ↑ Akhmed Akhmedov, Aslan Abduev, Eldar Murliev, Abil Asvarov, Arsen Muslimov. The ZnO-In2O3 Oxide System as a Material for Low-Temperature Deposition of Transparent Electrodes (англ.) // Materials. — 2021-01. — Vol. 14, iss. 22. — P. 6859. — ISSN 1996-1944. — doi:10.3390/ma14226859. Архивировано 24 марта 2022 года.
- ↑ Jonathan K. Wasseia et. al. Graphene, a promising transparent conductor Materials Today 13, 52 (2010) doi:10.1016/S1369-7021(10)70034-1
- 1 2 Transparent metal films for smart phone, tablet and TV displays (амер. англ.). phys.org. Дата обращения: 12 июня 2019. Архивировано 21 октября 2018 года.