导电膜特性适用性电子

发布日期：2018-01-22 作者：MC涛涛曳点击：

以高阶注入的高能隙金属氧化物如氧化铟锡(ITO)形成的透明导电膜在光电产业的应用非常成功，举凡平面显示器、太阳能电池和触控面板等都须使用。然而除须兼顾薄膜的透明度和电性外，软性电子元件所需的透明导电膜还须具备可绕曲特性，若仍选择容易因为弯曲而产生缺陷的金属氧化物薄膜时，元件的可绕曲次数和可弯曲程度便会受到限制，进而影响到可应用范围。除此之外，常用铟锡氧化物中的铟属于稀有金属，被大量使用之后，容易发生原料短缺、价格上涨的缺点，因此开发具备柔韧性的透明导电膜对软性电子元件技术发展很重要。

除了金属氧化物之外，兼具可见光穿透性和导电特性的材料还有非常薄的金属膜及导电高分子两大类，问题是为何现今产品大量使用的是ITO而非上述两者？

ITO电阻值较其他材料低

具有导电性的高分子材料种类繁多，如聚乙炔(Polyacetylene)、聚苯胺(Polyaniline)、聚咇咯(Polypyrrole)、聚吩(Polythiophene)等，然而考虑到必须兼顾透明及高导电度的特性下，目前最成功的材料是Polythiophene系列中的Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-PEDOT(产品型态多为溷和Polystyrenesulfonicacid-PSS的水溶液)(图1)，材料业者如Agfa和H.C.Starck已可推出导电率接近1,000S/cm的产品，可用来制作具有光穿透率大于80%、表面电阻约200Ω/sq和高度可绕曲性的导电基板。

在西元1976年时，Haacke提出一个用来筛选适合透明导电用途的材料的参数ψ(FigureofMerit)，定义为薄膜穿透度的十次方除以其表面电阻值(SheetResistance)，ψ值愈大代表该薄膜的光穿透度愈高，表面电阻值愈小。如银金属的最大ψ值在薄膜厚度为1奈米(nm)时，其光穿透度可以达到90%，且表面电阻值只有16.3Ω/sq，同时具有可绕曲性。
但要制造1奈米均匀连续的薄膜很困难，而且在如此薄的状况下，表面自由载子的散射也会降低有效导电度。反观ITO在薄膜厚度为1,000奈米时达到最大ψ值，约为银的最大ψ值的十倍，其光穿透度和银薄膜相近，约为90%，而其表面电阻却只有银的十分之一，由此观之则不难理解ITO被成功运用的原因。另一个选择是具有优异可绕曲性的高分子材料，因此利用共轭双键系统中的π电子导电的导电高分子，有可能取代金属氧化物而成为软性电子元件的电极材料。
具有导电性的高分子材料种类繁多，如聚乙炔(Polyacetylene)、聚苯胺(Polyaniline)、聚咇咯(Polypyrrole)、聚吩(Polythiophene)等，然而考虑到必须兼顾透明及高导电度的特性下，目前最成功的材料是Polythiophene系列中的Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-PEDOT(产品型态多为溷和Polystyrenesulfonicacid-PSS的水溶液)(图1)，材料业者如Agfa和H.C.Starck已可推出导电率接近1,000S/cm的产品，可用来制作具有光穿透率大于80%、表面电阻约200Ω/sq和高度可绕曲性的导电基板。