ITO и FTO (оптические покрытия): Сравнение и применение

ITO и FTO - два наиболее широко используемых проводящих стекла, применяемых в оптических покрытиях и прозрачных проводящих пленках. Оба они относятся к группе прозрачных проводящих оксидных стекол (TCO), но обладают чрезвычайно контрастными структурами, свойствами и областями применения. Знакомство с их различиями становится необходимым для исследовательской деятельности, промышленного производства и разработки оптоэлектронных устройств.

1. Состав и определение

Стекло ITO: Оксид индия-олова напыляется тонким слоем на подложку из содового или боросиликатного стекла, обычно с помощью магнетронного распыления. Допирование ионами индия делает материал более проводящим.

Стекло FTO: Допированный фтором диоксид олова наносится непосредственно на поверхность стекла. Легирование фтором повышает подвижность электронов, в то время как подложка остается неизменной.

Теоретически, применение индия для достижения высокой проводимости является основой ITO, в то время как FTO достигает умеренной проводимости и стабильности на основе легирования фтором.

2. Проводимость и электрические свойства

ITO: более проводящий, чем FTO, благодаря включению индия, что делает его чрезвычайно подходящим для целей, требующих эффективного транспорта электронов. Однако при воздействии высоких температур, превышающих 350 °C, его проводимость снижается.

FTO: Обладает умеренной проводимостью, но устойчив к высоким температурам до 600-700 °C. Поэтому FTO подходит для термонагреваемых процессов, таких как высокотемпературная печать на электродах и устройства солнечных батарей.

3. Оптические свойства

ITO: обладает средней прозрачностью в видимом спектре и пониженной отражательной способностью в инфракрасном диапазоне, обеспечивая баланс между электрическими характеристиками и оптической прозрачностью.

FTO: Относительно более прозрачен для видимого света, но демонстрирует более высокую отражательную способность в инфракрасном диапазоне. Его оптические характеристики стабильны при высокотемпературной обработке, что может иметь решающее значение при использовании в солнечных батареях и фотоэлектрических установках.

4. Термическая стабильность

ITO: выдерживает температуру до 350 °C без чрезмерной потери проводимости. При более высоких температурах сопротивление увеличивается, и пленка начинает разрушаться.

FTO: Сохраняет хорошую термическую стабильность при температурах до 600 °C и даже выше и выдерживает процессы спекания, которые ослабляют пленки ITO.

5. Механические и технологические свойства

ITO: Достаточно устойчив к физическому истиранию; требует травления и аккуратного обращения при нанесении рисунка. На покрытие можно наносить защитные слои.

FTO: более высокая стойкость к механическому истиранию и более легкое травление благодаря свойствам поверхности. Это позволяет снизить стоимость производства и повысить эффективность обработки электродов с узором.

6. Зернистая структура и морфология поверхности

ITO: обычно состоит из кубической кристаллической структуры зерен со средним размером зерен около 250 нм (измерения SEM), что приводит к изотропной поверхностной проводимости.

FTO: предпочитает тетрагональную форму с меньшим средним размером зерна около 190 нм, что обеспечивает высокую стабильность и однородную проводимость по всей поверхности.

7. Факторы стоимости

ITO: более дорогой из-за цены на индий и сложных процессов осаждения.

FTO: Более низкая стоимость производства, зачастую составляющая одну треть от стоимости ITO, что делает его предпочтительным для таких чувствительных к стоимости приложений, как фотовольтаика большой площади.

8. Область применения

ITO: широко используется в сенсорных панелях, экранах дисплеев, смарт-окнах и других приложениях, где высокая проводимость и прозрачность имеют первостепенное значение.

FTO: Часто используется в высокотемпературных приложениях, фотоэлементах и химических датчиках. Хотя его проводимость ниже, чем у ITO, термическая стабильность и механическая прочность делают FTO предпочтительным материалом в суровых условиях.

Резюме

Заключение: ITO обладает более высокой проводимостью и оптической чистотой, поэтому идеально подходит для прецизионной электроники и дисплеев. FTO, с другой стороны, более термостабилен, механически прочен и имеет более низкую стоимость, поэтому идеально подходит для высокотемпературных и промышленных применений. Выбор между ITO и FTO в конечном итоге зависит от конкретных требований к проводимости, прозрачности, термостойкости и финансовым возможностям.

Для обеспечения стабильного качества прозрачного стекла с оксидным покрытием рассмотрите возможность приобретения материалов через Stanford Advanced Materials (SAM), надежного партнера по производству высококачественных стеклянных покрытий.

Ссылки

Гранквист, К. Г. Прозрачные проводники как материалы для солнечной энергии: Панорамный обзор. Solar Energy Materials & Solar Cells, 2007, 91(17): 1529-1598.

Хирамацу, Х., Уэда, К., и др. Характеристика пленок оксида олова, легированных фтором. Журнал прикладной физики, 1996, 79(12): 9491-9497.

Chopra, K. L., Major, S., Pandya, D. K. Прозрачные проводники - обзор состояния. Тонкие твердые пленки, 1983, 102(1): 1-46.

Фортунато, Э., и др. Прозрачные проводящие оксиды для фотоэлектрических приложений. Материалы сегодня, 2007, 10(4): 28-35.