Transparente leitfähige Oxide

Die Mitarbeitenden der Abteilung »Optische Systeme und Anwendungen« erforschen und entwickeln seit mehr als 20 Jahren transparente und zugleich leitfähige Materialien, so genannte TCOs (englisch: transparent conductive oxides).

Die Arbeiten konzentrieren sich auf die Optimierung von Materialeigenschaften der TCOs, z. B. der Leitfähigkeit, der Lichttransmission und der Oberflächenrauigkeit. Dabei steht insbesondere die Adaption für kundenspezifische Anwendungen im Fokus. Dies reicht von der Prozess- und Materialentwicklung auf kleinen Laboranlagen bis zur Überführung zur In-line-Großflächenabscheidung mit geregelten Sputterprozessen, beispielsweise für Solarzellen oder schaltbare Systeme im Bereich der Architekturglasbeschichtung.

Wenn Sie spezielle Fragestellungen oder Beschichtungswünsche haben sprechen Sie uns gerne an.

Bei klassischen TCOs wird in der Regel in kristallinen, transparenten Materialien durch Einbringung eines Dotanden die Leitfähigkeit erzeugt. Eine Auswahl derartiger n-leitender TCOs sind:

• Indiumoxid (In₂O₃:Sn, In₂O₃:Mo, In₂O₃:Ti, In₂O₃:H)
• Zinkoxid (ZnO:Al, ZnO:Ga, ZnO:Ti)
• Zinnoxid (SnO₂:F, SnO₂:Sb, SnO₂:Ta, SnO₂:Nb)
• Titanoxid (TiO₂:Nb)

Wir scheiden derartige Materialien zur Ausbildung einer hochwertigen kristallinen Struktur i.d.R. bei erhöhter Substrattemperatur ab oder verwenden einen Prozess mit nachträglicher Temperaturbehandlung, bspw. im Fall von In₂O₃:H (IOH) und TiO₂:Nb (TNO).

Eine weitere vergleichsweise neue Klasse sind amorphe TCO-Materialien. Diese basieren auf Mischungen von zwei oder drei Oxiden, die Schwermetallkationen mit der elektronischen Konfiguration (n-1)d¹⁰ns⁰ enthalten. Aufgrund der äußeren kugelförmigen s-Orbitale bilden diese ein stark delokalisiertes Leitungsband mit hoher Ladungsträgerbeweglichkeit. Diese TCOs zeichnen sich durch eine gute Leitfähigkeit und hohe Transmission aus, insbesondere im nahen Infrarotbereich (NIR). Zudem können sie bei Raumtemperatur abgeschieden werden. Bekannte Vertreter dieser Materialien sind z. B. Indiumzinkoxid (InZnO, IZO) und Indiumgalliumzinkoxid (InGaZnO, IGZO).

Ausgewählte Anwendungsbeispiele unserer TCO-Schichten
 

ITO-Beschichtungen für beste Performance

• Substrat-Temperatur T_Sub = 350°C
• Spezifischer Widerstand ρ = 157 µΩcm
• Schichtdicke z. B. 175 nm ⇒ T_visuell ≈ 87 %, Schichtwiderstand R_sh = 9 Ω
   

ITO-Beschichtungen für empfindliche Substrate

• Substrat-Temperatur T_Sub = Raumtemperatur
• Spezifischer Widerstand ρ = 815 µΩcm
• Schichtdicke z. B. 148 nm ⇒ T_visuell ≈ 85,5 %, Schichtwiderstand R_sh = 55 Ω  
   

ITO-Beschichtungen für »Coat and Bend« Prozesse

• Beschichtung bei Raumtemperatur und anschließende Temperung
• Spezifischer Widerstand ρ ≈ 300 µΩcm
• Schichtdicke z. B. 140 nm ⇒ T_visuell = 86 %, Schichtwiderstand R_sh = 21 Ω
  
• Das Substrat kann während des Tempervorgangs gebogen werden. Die Schicht reißt nicht (so genannter »Coat and Bend« Prozess). Der mechanische und chemische Schutz des Substrats wird verbessert.
• Beschichtung komplexer Bauteile,  z. B. von Glasrohren, ist möglich
   

IZO-Beschichtungen für hohe Infrarot-Transmission

• Substrat-Temperatur T_Sub = Raumtemperatur
• Spezifischer Widerstand ρ = 479 µΩcm
• Schichtdicke z. B. 94,6 nm ⇒ T_visuell ≈ 79,5 %, Schichtwiderstand R_sh = 50,6 Ω

Wir bieten Forschungs- und Entwicklungsarbeiten für TCOs, z. B. für folgende Bereiche: Strukturierte TCOs (mittels Photolithographie oder Laser), Heizschichten, schaltbare Gläser, Flachbildschirme (TFT), Touch Screens, niedrig emitierende Beschichtungen (low-e), Wärmeschutzschichten, Leuchtdioden (LED, OLED), Solarzellen, Dünnschichttransistoren, Dünnglas- und Architekturglasbeschichtungen. Gerne unterstützen wir Sie auch bei kompletten Neuentwicklungen.