산화 인듐 주석

Indium tin oxide

인듐 주석 산화물(ITO)은 인듐, 주석 및 산소의 다양한 비율로 이루어진 3원성분입니다.산소 함량에 따라 세라믹 또는 합금으로 설명할 수 있습니다.산화인듐 주석은 일반적으로 산소 포화 조성물로 74% In, 18% Sn, 8% O의 중량을 가지고 있습니다.산소불포화조성물은 산소결핍ITO라고 불릴 정도로 전형적이다.얇은 층에서는 투명하고 무채색인 반면, 부피가 큰 형태에서는 노란색에서 회색까지 띤다.스펙트럼의 적외선 영역에서는 금속과 같은 거울 역할을 합니다.

인듐 주석 산화물은 전기 전도성과 광학 투명성, 박막으로 쉽게 퇴적할 수 있고 습기에 대한 화학적 저항성 때문에 가장 널리 사용되는 투명 전도 산화물 중 하나입니다.모든 투명 전도성 필름과 마찬가지로 두께를 늘리고 전하 캐리어의 농도를 높이면 필름의 전도성은 증가하지만 투명성은 감소하기 때문에 전도성과 투명성 사이에서 타협이 이루어져야 합니다.

산화인듐 주석 박막은 물리적 증착에 의해 표면에 가장 일반적으로 퇴적됩니다.전자빔 증발 또는 다양한 스패터 증착 기술이 자주 사용됩니다.

재료 및 특성

유리와 ITO 유리의 흡수.

ITO는 인듐과 주석의 혼합 산화물로, 조성에 따라 녹는점이 1526~1926°C(1800~2200K, 2800~3500°F)이다.가장 일반적으로 사용되는 물질은 ca 성분 산화물입니다.InSn4. 이 물질은 [1]4eV 정도의 큰 밴드갭을 가진 n형 반도체이다.ITO는 가시광선에 투명하고 비교적 전도성이 높습니다.약−4 10Ω·cm의 낮은 전기저항을 가지며,[2] 박막은 80% 이상의 광투과율을 가질 수 있다.이러한 특성은 휴대 전화와 같은 터치 스크린 애플리케이션에서 매우 유리하게 활용됩니다.

일반적인 용도

Airbus 조종석 창의 ITO 코팅으로 인해 발생하는 박막 간섭으로 성에 제거에 사용됩니다.

인듐 주석 산화물(ITO)은 연구와 산업 모두에서 널리 사용되는 광전자 재료입니다.ITO는 평면 디스플레이, 스마트 윈도우, 폴리머 기반 전자제품, 박막 태양광 발전, 슈퍼마켓 냉동고의 유리문, 건축 창문 등 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.또한 유리기판용 ITO 박막은 유리창에 에너지 [3]절약에 도움이 됩니다.

ITO 그린 테이프는 일렉트로루미네센스, 기능성, 완전 [4]플렉시블 램프 생산에 사용됩니다.또한 ITO 박막은 주로 반사방지 코팅 및 액정표시장치(LCD) 및 일렉트로루미네센스로 사용되며, 이 박막은 도전성 투명전극으로 [5]사용된다.

ITO는 액정 디스플레이, OLED 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 터치 패널, 전자 잉크 애플리케이션 등의 디스플레이용 투명 전도성 코팅을 만드는 데 자주 사용됩니다.ITO의 박막은 유기 발광 다이오드, 태양 전지, 정전기 방지 코팅 및 EMI 차폐에도 사용됩니다.유기발광 다이오드에서 양극(공주입층)으로서 ITO를 이용한다.

앞유리에 퇴적된 ITO 필름은 항공기 앞유리의 해동을 위해 사용된다.열은 필름 전체에 전압을 가함으로써 발생합니다.

ITO는 다양한 광학 코팅, 특히 자동차용 적외선 반사 코팅(핫 미러) 및 나트륨 증기 램프 안경에도 사용됩니다.기타 용도에는 가스 센서,[6] 반사 방지 코팅, 유전체 전기 세팅, VCSEL 레이저용 브래그 반사체 등이 있습니다.ITO는 로우-e 윈도우 페인의 IR 리플렉터로도 사용됩니다.ITO는 또한 파란색 채널 [7]응답을 증가시키는 수단으로 Kodak DCS 520부터 시작하여 이후 Kodak DCS 카메라에서 센서 코팅으로 사용되었습니다.

ITO 박막 스트레인 게이지는 최대 1400°C의 온도에서 작동할 수 있으며 가스 터빈, 제트 엔진 및 로켓 [8]엔진과 같은 가혹한 환경에서 사용할 수 있습니다.

대체합성방법 및 대체재료

높은 비용과 제한된 인듐 공급, ITO 층의 취약성 및 유연성 부족, 진공이 필요한 고가의 층 증착으로 인해 ITO 및 대체 재료를 준비하는 대체 방법이 [9]연구되고 있습니다.다양한 [10]원소를 도핑한 산화아연을 기반으로 한 유망한 대안.

도프 화합물

산화인듐의 몇몇 전이 금속 도판트, 특히 몰리브덴은 [11]주석으로 얻은 것보다 훨씬 더 높은 전자 이동성과 전도성을 제공합니다.대체 재료로는 알루미늄 도프 산화아연(AZO)과 인듐 도프 카드뮴 산화물과 같은 도프된 2원 화합물이 제시되었다.다른 무기 대안으로는 알루미늄, 갈륨 또는 인듐 도프 산화아연(AZO, GZO 또는 IZO)이 있습니다.

탄소 나노튜브

카본 나노튜브 전도성 코팅은 향후 [12][13]대체될 예정입니다.

그래핀

또 다른 탄소 기반 대안으로 그래핀 필름은 유연하며 표준 [14]ITO보다 낮은 전기 저항으로 90%의 투명성을 제공하는 것으로 나타났습니다.얇은 금속 필름도 대체 재료로 간주됩니다.현재 시험 중인 하이브리드 재료 대안은 은나노와이어로 만들어지고 그래핀으로 덮인 전극이다.이러한 재료의 장점은 투명성을 유지하는 동시에 전기 전도성과 [15]유연성을 유지하는 것입니다.

전도성 고분자

본질적으로 전도성 [16][17]고분자(ICP)도 일부 ITO 애플리케이션을 위해 개발되고 있습니다.일반적으로 폴리아닐린 및 PEDOT와 같은 중합체를 전도할 경우 전도율이 더 낮습니다.PSS는 무기 재료에 비해 유연성이 뛰어나고 가격이 저렴하며 가공 및 제조 시 친환경적입니다.

비정질 산화 인듐

인듐 함량을 줄이고 가공 난이도를 낮추며 전기적 균질성을 개선하기 위해 비정질 투명 전도성 산화물을 개발했다.이러한 재료 중 하나로 비정질 인듐-아연-옥시드는 InO와 ZnO의 산소23 대 금속 원자의 비율 차이로 결정화가 방해되어도 단거리 질서를 유지한다.인듐-아연-옥시드는 ITO에 [18]필적하는 성질을 가지고 있다.비정질 구조는 최대 500 °C까지 안정적으로 유지되므로 유기 태양 [9]전지에서 흔히 볼 수 있는 중요한 처리 단계를 수행할 수 있습니다.균질성의 개선은 유기 태양 전지의 경우 재료의 사용성을 크게 향상시킨다.유기 태양 전지의 전극 성능이 낮은 영역은 셀 면적의 일부를 사용할 [19]수 없게 만듭니다.

은나노입자-ITO 하이브리드

은나노입자(AgNP)가 폴리머(PET) 기판에 들어가는 과정

ITO는 플렉시블 [20]일렉트로닉스를 생산하는 고품질의 플렉시블 기판으로 널리 사용되어 왔습니다.그러나 이 기판은 전도성이 향상될수록 유연성이 떨어진다.지금까지의 연구에서는,[21] 결정성의 향상을 통해서 ITO의 역학적 성질을 개선할 수 있는 것을 나타내고 있습니다.은(Ag)으로 도핑하면 이 특성이 개선되지만 [22]투명성이 저하됩니다.하이브리드 ITO를 만드는 대신 Ag 나노입자(AgNPs)를 균일하게 삽입하는 개선된 방법은 투명성 저하를 보상하는 데 효과적이라는 것이 입증되었습니다.하이브리드 ITO는 AgNP에서 성장한 한 방향의 도메인과 다른 방향의 매트릭스로 구성됩니다.도메인은 매트릭스보다 강력하며 균열 전파의 장벽으로 기능하여 유연성을 크게 향상시킵니다.벤딩 증가에 따른 저항률 변화는 균질 [23]ITO에 비해 하이브리드 ITO에서 현저하게 감소합니다.

대체 합성법

테이프 주조 공정

ITO는 일반적으로 물리적 증착(PVD)을 처리하는 고가의 에너지 집약적인 프로세스를 통해 퇴적됩니다.이러한 과정에는 스패터링이 포함되며, 이로 인해 부서지기 [citation needed]쉬운 층이 형성됩니다.입자 기반 기술을 사용하는 대체 공정은 테이프 주조 공정으로 알려져 있습니다.입자 기반 기술이기 때문에 ITO 나노 입자를 먼저 분산시킨 후 유기용매에 넣어 안정성을 확보한다.벤질프탈레이트 가소제와 폴리비닐부티랄 결합제는 나노 입자 슬러리를 만드는 데 도움이 되는 것으로 나타났다.테이프 주조 공정을 수행한 후 녹색 ITO 테이프의 특성 분석 결과, 최적 전송률이 약 75%로 증가했으며 전기 저항은 2Ω·[4]cm로 낮았습니다.

레이저 소결

ITO 나노 입자를 사용하면 소결 시 높은 온도 때문에 기판 선택에 한계가 있습니다.대체 기판으로서 In-Sn 합금 나노입자는 보다 다양한 범위의 가능한 [24]기판을 가능하게 한다.먼저 연속 도전성 In-Sn 합금막을 형성하고, 이어서 산화를 실시하여 투명성을 얻는다.이 2단계 프로세스에는 열 어닐링이 포함되어 있어 특별한 대기 제어와 처리 시간 증가가 필요합니다.금속 나노입자는 레이저 처리로 쉽게 도전성 금속막으로 변환되기 때문에 레이저 소결로 제품의 균질한 형태를 구현한다.레이저 소결은 또한 [25]공기 중에서 수행될 수 있기 때문에 사용하기 쉽고 비용도 저렴합니다.

주변 가스 상태

예를 들어, 기존의 방법을 사용하지만 주변 가스 조건을 변화시켜 광전자 특성을[26] 개선하는 것은 예를 들어 산소가 [27]ITO의 특성에 중요한 역할을 한다.

초박막용 화학면도

플라스틱 금속 나노 구조의 수치 모델링은 박막 나노 디스크 패턴의 수소 비정질 실리콘(a-Si:H) 태양광 발전(PV) 셀.플라스몬 강화 PV 디바이스에서 발생하는 문제는 투과율이 높고 저항률이 낮은 '초박형' 투명 전도성 산화물(TCO)이 장치 상단 접점/전극으로 사용되어야 한다는 것입니다.유감스럽게도 TCO에 관한 작업의 대부분은 비교적 두꺼운 레이어에서 이루어지며, 보고된 몇 안 되는 씬 TCO 사례에서 전도성이 현저하게 저하되었습니다.이를 극복하기 위해서는 먼저 두꺼운 층을 성장시킨 후 화학적으로 깎아내 전체적이고 [28]전도성이 높은 얇은 층을 얻는 것이 가능하다.

제약과 트레이드오프

ITO의 주요 관심사는 비용입니다.ITO의 비용은 산화알루미늄(AZO)의 몇 배입니다.AZO는 태양 스펙트럼에서 상대적으로 우수한 광전송 성능과 저렴한 비용으로 인해 투명 전도성 산화물(TCO)의 일반적인 선택입니다.그러나 ITO는 습기에 대한 화학적 내성을 포함한 많은 다른 중요한 성능 범주에서 AZO보다 우수합니다.ITO는 수분의 영향을 받지 않고 옥상에서 25~30년 동안 구리 인듐 셀레나이드 태양전지의 일부로 안정되어 있다.

ITO를 퇴적시키는 데 사용되는 스패터링 타깃 또는 증발 물질은 AZO보다 훨씬 더 비싸지만 각 셀에 배치되는 물질의 양은 상당히 적습니다.따라서 셀당 비용 패널티도 매우 작습니다.

혜택들

습열(DH) 노출 시 Al:ZnO 및 i-/Al:ZnO의 표면 형태 변화(광학적 간섭계)[29]

액정표시장치(LCD)용 투명도체로서 ITO가 AZO에 비해 가장 큰 장점은 ITO를 미세한 패턴으로 [30]정밀하게 식각할 수 있다는 것이다.AZO는 다음과 같이 정확하게 에칭할 수 없습니다.그것은 산에 매우 민감해서 산 처리에 의해 [30]과식되기 쉽다.

AZO에 비해 ITO의 또 다른 장점은 수분이 침투하면 ITO가 AZO보다 [29]열화되지 않는다는 것입니다.

세포배양기판으로서의 ITO 유리의 역할은 쉽게 확장될 수 있으며, 이는 전자현미경법과 [31]상관광과 관련된 세포증식 연구에 새로운 기회를 열어준다.

조사 예

ITO는 새로운 세대의 태양 전지로 가는 길을 제공하기 위해 나노 기술에 사용될 수 있다.이러한 장치들로 만들어진 태양 전지는 저비용, 초경량, 그리고 다양한 용도에 맞는 유연한 셀을 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.나노로드의 나노 크기 때문에 양자 크기 효과는 그들의 광학 특성에 영향을 미칩니다.봉의 크기를 맞춤화함으로써 특정 좁은 색역 내에서 빛을 흡수할 수 있다.여러 개의 셀을 서로 다른 크기의 막대로 쌓음으로써, 태양 스펙트럼을 가로지르는 광범위한 파장이 수집되어 에너지로 변환될 수 있다.또, 전기봉의 나노 사이즈의 부피는, 종래의 [32][33]셀에 비해 필요한 반도체 재료의 양을 큰폭으로 삭감한다.최근 연구에 따르면 나노구조 ITO는 광에너지의 [34]흡수 및 저장을 독특한 재료로 결합함으로써 소형화된 광복사기 역할을 할 수 있는 것으로 나타났다.

건강과 안전

인듐 주석 산화물을 흡입할 경우 호흡기에 가벼운 자극을 줄 수 있으므로 피해야 합니다.장기간 노출되면 증상이 만성화되고 양성 진폐증을 초래할 수 있다.동물에 대한 연구는 인듐 주석 산화물을 섭취할 때 신장, 폐, [35]심장에 부정적인 영향과 함께 독성이 있다는 것을 보여준다.

광업, 생산, 매립 과정에서 노동자들은 인듐에 노출될 수 있으며, 특히 중국, 일본, 한국, 캐나다와[36] 같은 국가에서 폐포 단백질증, 폐섬유화증, 폐기종, 육아종의 가능성에 직면한다.미국, 중국, 일본의 근로자들은 인듐 [37]노출 시 콜레스테롤 균열이 발생한다는 진단을 받았다.개량된 ITO에 존재하는 은나노 입자가 온전하고 뚫린 피부를 통해 표피층으로 침투하는 것이 체외에서 발견되었다.비소결 ITO는 T세포 매개 감작성을 유도하는 것으로 의심된다. 피내 피폭 연구에서 5%의 uITO 농도로 생쥐에서 림프구 증식이 10일 [38]동안 세포 수 증가를 포함하여 나타났다.

인듐 폐 질환이라고 불리는 새로운 직업적인 문제가 인듐이 함유된 먼지와의 접촉을 통해 개발되었습니다.첫 번째 환자는 간질성 폐렴을 앓았던 ITO의 습식 표면 연삭과 관련된 노동자로, 그의 폐는 ITO 관련 [39]입자로 채워져 있었다.이 입자들은 또한 사이토카인 생성과 대식세포 기능 장애를 유발할 수 있다.소결 ITOs 입자만으로도 식세포 기능 장애를 일으킬 수 있지만 대식세포에서는 사이토카인 방출을 일으킬 수 없다. 그러나 폐상피세포에서는 염증성 사이토카인 반응을 유도할 수 있다.uITO와 달리, 그들은 또한 엔도톡신이 함유된 액체와 접촉할 경우 습식 공정을 다루는 근로자들에게 엔도톡신을 가져올 수 있다.이는 sITO가 직경이 크고 표면적이 작기 때문에 소결공정 후의 변화가 세포독성을 [40]일으킬 수 있기 때문으로 풀이된다.

이러한 문제 때문에, ITO의 대체 수단이 [41][42]발견되고 있다.

재활용

인듐-주석산화물(ITO) 식각 폐수 처리 방법

ITO를 소결하는 과정에서 사용되는 식각수는 폐기될 때까지 제한된 횟수만 사용할 수 있습니다.분해 후에도 폐수는 2차 [43][44][45][46][47][48][49][50]자원으로 In 및 Cu와 같은 귀중한 금속과 Mo, Cu, Al, Sn 및 In을 포함해야 하며, 이는 인체에 건강을 해칠 수 있습니다.

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