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1、ZAO薄膜的研究现状及发展趋势2010年01月16日 星期六 17:331 引言在人类社会的科学实验活动中，功能材料总是起着重要的作用，尤其是第二次世界大战以后，材料科学的发展达到了一个高潮，伴随着半导体、计算机、太阳能等产业的发展，相关的一种功能材料透明导电氧化物薄膜随之产生、发展起来。这种属于半导体光电子材料的薄膜表现出异于一般材料的特异性能(透射、导电)，在压电换能器、光电显示器、太阳能电池、气敏传感器及光波导等方面具有广阔的应用前景，能满足人类在信息时代特定条件下和不同目的的特殊需求。目前市场上，使用的是透明导电氧化物薄膜In2 ：sn(f1D)，其技术是成熟的，但由于In、sn等材料
2、有自然储量少、制备工艺复杂、成本高、有毒、稳定性差等缺点，从而限制了在实践中的广泛使用，因此，急需一种替代产品问世，以满足人们的需要。ZnO：A1(ZAO)薄膜是迄今为止最佳的ITO膜替代品。二者相比而言，zAO薄膜不仅具有与ITO可比拟的电学和光学特性，而且有储量丰富、易于制造、成本较低、无毒、热稳定性好等优点，因而，从2O世纪7O年代末开始，人们对ZnO薄膜及掺杂体系的研究 趣日益浓厚，近年来更成为研究透明导电氧化物薄膜的热点，而ZAO薄膜是ZnO掺杂体系中最具代表性的。2 ZAO薄膜的性质透明导电氧化物薄膜有I o3、SnO2、和ZnO三大体系，其性能对比见表1。ZAO薄膜是ZnO体系中
3、掺杂元素A1而得来的。ZnO薄膜具有C轴择优生长的众多晶粒，每个晶粒都是呈生长良好的六角形铅锌矿结构。ZnO晶体是氧的六角密堆积和锌的六角密堆积反向嵌套而成的。这种结构的薄膜具有透明导电性，但电阻值高于l0 nQTI。ZnO晶体中每一个锌原子都位于四个相邻的氧原子所形成的四面体间隙中，但只占据其中半数的氧四面体间隙，氧原子的排列情况与锌原子相同。单位晶格中含有2个分子体积为0047 651 tun3。因而这种结构比较开放，半径较小的组成原子容易变成间隙原子，Al的离子半径为0039 m ，比锌的离子半径(0060 nm)4，A1原子容易成为替位原子而占据zn原子的位置，也容易成为间隙原子而存在
4、。在ZnO中掺杂 之后，可以形成ZAO薄膜，导电性能大幅度提高，电阻率可降低到10 ncrn。 掺杂后，不仅可以降低电阻率，而且能提高薄膜的稳定性。Minarni等_1 J制备的ZAO薄膜，可见光透射率达90，电阻率已降至l0I4 nClTI。这种性能完全可以与ITO薄膜相媲美。3 ZAO薄膜的应用前景看一种产品的应用前景如何，主要从三个方面分析：一是原材料是否丰富，价格是否低廉；二是生产制造是否容易，在生产过程中有无环境污染；三是产品性能是否合乎要求，特别是稳定性要好。根据这三方面的要求，可将目前广泛应用的透明导电膜ITO膜，与ZAO薄膜作以对比分析，从中展现出的ZAO薄膜具有广泛的应用前景
5、。(1)ITO薄膜的主要成分In、Sn自然资源少，特别是In在地层中的储量更少，使得ITO薄膜的生产成本很高；相比而言组成ZAO薄膜的主体zn、A1在自然界中的储量丰富，生产成本低，具有价格优势。(2)In、sn材料的化学性质比较活泼制造过程中工艺条件不易控制技术难度大，另外In、sn的原子量较大，成膜过程中容易渗衬底材料内部，毒化衬底材料，尤其在液晶显示器中污染现象严重；在这方面，ZAO薄膜具有ITO薄膜无法相比的优越性，无毒、稳定性高、制备技术简单、易于实现掺杂等是ZAO薄膜能够被广泛应用的主要原因。(3)在光、电特性方面，ZAO薄膜的性能可满足当今商用ITO薄膜的一切指标。从分析对比可见
6、，ZAO薄膜应该能取代ITO薄膜，何况目前ZAO已经在某些领域获得应用。(1)液晶显示器。透明导电薄膜是平板显示的基础材料，主要用于液晶显示器。通常对液晶显示器的要求为100500n口，电阻率应低于2 010I4nCITI，目前ZAO薄膜的电学性能完全能达到这个要求并且不污染液晶显示器。此外，在场致发光显示器(EL)、等离子显示(PD)、有机薄膜显示(OLD)、电致荧光显示(E(D)等平板显示领域里低电阻率和高透射率的ZAO薄膜将会在底电极部件的制备中被大量采用。(2)热镜。用于热镜的透明导电膜，主要是利用其在可见光区的高透射性和对红外光的高反射性，制成寒冷环境下的视窗或太阳能收集器的观测窗，
7、使能量保持在一封闭的空间里以起到热屏蔽的作用。还可以大量节约能源，可以说ZAO薄膜是制造热镜的最佳材料。另外，还能用作汽车、火车、航天器等的视窗玻璃以及陈列窗的制造，其作用不仅可以隔热节能，而且薄膜通电后，还可以收到防雾除霜的效果。(3)太阳能电池。在太阳能电池上透明导电膜作为减反射层和透明电极使用，可以提高太阳能的转换效率，如ITOSiOz口一Si太阳能电池的转化效率可达1316_2J。而用ZAO薄膜替代ITO薄膜，不仅可以降低生产成本，而且无毒，稳定性强(特别是在氢等离子体中)，对太阳能电池的发展具有重要意义。(4)电磁防护屏。由于5 n口的ITO薄膜具有一30 dB的电磁波屏蔽能力，这一
8、指标完全达到了实用要求，CRT等实用电器对电磁防护屏的要求是方块电阻小于2 kD,口。因此，ZAO完全能够取代ITO薄膜。4 ZAO薄膜的研究现状由于ZAO薄膜应用前景广阔，所以对ZAO薄膜的研究工作较多，主要集中在两个方面：一是对ZAO薄膜的形成理论及性能研究，如晶体结构、组成和光电特性等；二是对ZAO薄膜制备的方法的研究，如镀膜设备和工艺。镀膜设备的研究包括设备的选择、性能要求、各参数的调整和控制；工艺的研究主要是选择工艺过程和参数，其目的都是降低ZAO膜的电阻率，提高可见光区的透射率，使镀膜性能稳定，重复性好，成本低，达到实用要求。在国外致力于ZAO薄膜形成理论及性能方面的研究有：Tom
9、inaga等_3 J对ZAO薄膜作了XRD分析，表明样品呈c轴取向，(002)峰的半宽值(FWHM)与样品的晶粒尺寸成反比，当FWHM 电阻率最低达2x10 n饥l时，同时样品在可见光区的透射率应达到80以上；Kim等_4 认为ZAO薄膜的导电性能优于纯ZnO薄膜，这是AP 替代Zn2 形成了氧空位和间隙原子之故，随着AbO3含量的增加，ZAO薄膜的载流子浓度增高，最高要达7 510 crn ，霍尔迁移率的降低是由于晶界散射和杂质的离化等因素所致，在综合考虑电阻率和透射性能的情形下，使用含Ab 达3质量分数的靶材制备出了电阻率达4710 fl饥l、透射率超过90 的ZAO薄膜；Kwroyama
10、gi51详细探讨了离子束辅助沉积ZAO薄膜。结果表明：退火处理能使ZAO薄膜的应力释放，造成在晶粒生长过程中的凝聚并有微裂纹形成。Ghosh等 研究了Al掺杂ZnO薄膜中的晶界散射。认为在较低温度下以晶界散射为主，而在较高温度下以电离杂质散射和声子散射为主，同时导出霍尔迁移率计算公式。利用其研究成果，制备出电阻率最小为381x10I4n饥l、对应的霍尔迁移率为128 c V S-。、载流子浓度为127lo2 饥l-3的薄膜。Zafar 认为薄膜的显微结构和电离杂质散射机制对ZAO膜的导电性能起重要作用，其制备出的薄膜在可见光区和近红外区有优良的光学性能，电阻率达510 ncm，并且在大面积范围
11、内能保持均匀的光、电性能。这些研究结果都回答了为什么在znO掺杂A1会提高导电性的问题。ZAO薄膜的制备技术发展很快，所有用于制备半导体材料的手段均可用于制备ZAO薄膜，其中磁控溅射技术是20世纪7O年代开始应用于实践的，特点是薄膜在低温下沉积能获得优良的光学和电学性能。另外，还具有沉积速率高、基片温度低、成膜黏附性好、易控制、成体低、能实现太面积制膜的优点，因而成为当今工业化生产中研究最多、最成熟、应用最广的一项成膜技术，也是ZAO薄膜制备技术的研究热点。Wen&和Ellmer等8-1o3研究了ZAO薄膜磁控溅射制备过程中热能的变化情况，并讨论了不同能量的离子对成膜质量的影响。同时，还分别对
12、在si、玻璃等基片上制备的ZAO薄膜的工艺参数(氧分压、氩分压、溅射电压)进行了分析，认为氧分压的工艺窗口较窄，是制备过程中较难控制的参数，对薄膜的光、电性能影响较大。Jin11 J及其合作者利用反应磁控溅射技术制备出了ZAO薄膜，分析了在不同沉积条件对薄膜性能的作用，用N型半导体有效质量模型计算并解释了薄膜的禁带宽度值，得到直流电阻率在510 n饥l时的红外反射率达85的优质样品。Minami等_1 J研究了ZAO薄膜的射频磁控溅射技术，发现在基片垂直方向上的薄膜电阻率要低于基片平行方向。同时，也发现薄膜结晶性能同靶与基片的放置状况有密切的依赖关系。另外还与Takata【13 合作对ZAO薄
13、膜的稳定性进行了实验。在真空室中温度为400时，制备的ZAO薄膜经退火处理后，电阻率明显下降，把此样品在室温下放置1年性能无明显变化，证明ZAO薄膜的稳定性能良好。不同的制备技术对应于不同的应用目的，而ZAO薄膜的制备方法多种多样，其中化学气相沉积、热辣、溶胶一凝胶等方法被广为利用。已有报道表明_1 ：利用化学气相沉积技术可以制备得到电阻率为3010I4ncrn、载流子浓度为801020 cm-、霍尔迁移率达350o cm2v S 和透射率超过85的ZAO薄膜，并详细探讨不同工艺条件对薄膜的光、电特性的影响。另外，热喷涂法和溶胶一凝胶法也被广泛地应用于制备ZAO薄膜，它具有成本低、容易控制、易
14、于大面积成膜等特点。采用这两种方法可以制备出电阻率达10 nc【n、透射率达90 的zAO薄膜10ll 1 ，已能满足工业化生产的要求。国内开展透明导电氧化物薄膜的研究工作始于2O世纪8O年代末期，以ITO膜为主，年需ITO膜透导电玻璃超过200万m，主要用于平板显示(FPD)、热镜及汽车等的防雾除霜装置。对ZAO薄膜的研究是20世纪90年代中期开始的，中国科学院金属研究所的闻立时等lt7Asl的研究工作开展得比较早，他们侧重于ZAO膜的组织结构对性能的影响、制备过程中的工作压力、氧分压、溅射功率、台金靶中AJ的掺杂含量等参数与薄膜性能的关系探讨。河北工业大学范志新it9除研究了ZAO膜的结构
15、、光电特性外，还对磁控溅射、脉冲激光沉积、溶胶一凝胶等工艺进行了研究。复旦大学章壮健等20 J研究了混台物靶的制备及对ZAO膜光电特性的测量原理。苏州大学的葛水兵等21,22 J使用脉冲激光沉积技术，对制备试样进行了霍尔系数测量及SEM、XRD测试分析，详细探讨了基片温度、氧分压等参数对膜的透光率和电阻率的影响。制备出的薄膜电阻率达9010I4 ncm、载流子浓度为5810z0 nc【n 、透射率为90 ；山东大学陈源L23等采用射频磁控溅射法在3种不同的有机材料村底上镀制出附着性好、电阻率低、透射率高的zAO薄膜，并研究了结构、电学和光学特性。从国内外的研究情况来看，国内的zAO膜还没有达到
16、国外同类产品的水平，仍有待于深入研究。5 ZAO薄膜研究工作的发展趋势和方向目前，ZAO薄膜还不能像ITO薄膜一样具有市场价值，其原因在于对ZAO薄膜的研究还有不少缺欠，如制备工艺难以控制，导致产品性能稳定性不好，重复性不理想等，但这些问题是能够在今后的研究过程中逐步加以解决的。(1)应提高可见光区透射率，降低直流电阻率，同时提高大面积制备薄膜性能的均匀性、稳定性及可重复性。(2)制备技术要以磁控溅射制备方法为主。在磁控溅射技术中，由于直流磁控反应溅射与射频溅射相比，具有电气控制简单、设备体积小、使用台金靶、降低制靶成本等优势。因此，直流磁控反应溅射制备技术是ZAO薄膜走向商品化的关键问题，对
17、直流磁控反应溅射制备技术作进一步研究是很有必要的。(3)注重靶材的制备方法和成分的均匀性。在磁控溅射技术中常采用两类靶材：一类是ZnO：Ahq氧化物靶，另一类是Zn；A1台金靶。研究这两类靶材的制造工艺，使其成分均匀，并能采取一定的检查措施，测试出成分含量及均匀性，这对提高ZAO薄膜质量是很重要的。(4)要重视基片表面化学反应机理的研究。到目前为止，很少能看到研究基片表面附近化学反应方面的文章，原因是这种化学反应比较复杂，它受温度、气氛、磁场强度、气体压力等影响，研究起来比较困难，但它对成膜速度、膜的化学成分、附着力、光电特性都有直接关系，不容忽视。(5)要研究多因素之间的交互影响。一般研究者
18、研究镀膜过程中某一因素对zAO薄膜质量的影响，并给出了曲线，但许多因素在薄膜制备过程中同时存在，是互相制约的，应该做正交实验，得出优化结果。(6)应深入研究气体流动状态和传热传质过程。磁控溅射镀zAO膜时需要通人氩和氧，通人氩和氧的位置应该有最佳点，在镀膜室内的流动状态应该能判断，就不能形成气体短路，否则通人量的控制就毫无意义了，镀膜室内的流场、温度场、压力场、金属离子溅射区域、飞行距离与速度等都应该是研究的对象。在众多研究者的努力下，相信zA0薄膜的商品化一定能够实现。ZAO薄膜特性及发展方向发布时间:2009-8-8 12:28:33 来源：玻璃工业网专业的玻璃行业网站系统，玻璃行业门户的
19、首选网站信息中心 纪毅璞（中国建筑材料科学研究总院 北京 100024）摘要：掺铝氧化锌（ZAO）具有一系列的独特性能，近年来引起人们广泛关注。本文结合国内外发展背景，对近几年来我国在ZAO薄膜研究领域的发展状况从结构与机理、薄膜特性以及应用三个方面给予回顾，并对今后的发展予以展望。关键词：ZAO 薄膜 特性 综述1、引言 透明导电膜以其接近金属的导电率、可见光范围内的高透射比、红外高反射比以及半导体特性，广泛应用于平板显示器、太阳能薄膜电池、镀膜玻璃等。目前应用最为广泛的是In2O3:Sn(ITO)薄膜，ITO薄膜具有透光率高、导电性好、衬底附着性强及硬度较高等优点。基于磁控溅射技术的商业化
20、生产，ITO薄膜己被广泛应用于平面液晶显示器件，并成功应用于飞机风挡玻璃、隐身玻璃、电磁兼容性屏蔽玻璃等。但是，由于铟为稀有元素，在自然界中贮存量少，价格较高，而且ITO应用于太阳能电池时在等离子体中不够稳定。目前，掺杂Zn0基薄膜的研究进展迅速，材料性能己可与ITO相比拟，其中掺铝的Zn0薄膜ZnO:Al (ZAO)研究最为广泛，它的突出优势是原料丰富，价格低廉，材料无毒，易掺杂，化学稳定性好，易刻蚀，能实现工业化大面积镀膜，因而被认为是最具发展潜力的透明导电薄膜之一。2、ZAO的结构和导电机理 氧化锌薄膜具有C轴择优生长的众多晶粒，每个晶粒都呈生长良好的六角形铅锌矿结构。氧化锌晶体是由氧的
21、六角密堆积和锌的六角密堆积反向嵌套而成的，晶格常数a=0.325nm，c=0.521nm，配位数为4：4，每一个锌原子都位于四个相邻的氧原子所形成的四面体间隙中，但只占据其中半数的氧四面体间隙，氧原子的排列情况与锌原子相同。单位晶格中含有两个分子，体积为0.047615nm3。如下图1所示。在一定温度下，一些电子获得足够的能量，从价带跃迁到导带，成为导带的自由电子，同时价带出现等数量的空穴，但由这种激发产生的平衡载流子的数量很少，所以纯Zn0薄膜的导电性很差，几乎不导电，电阻率高于106.cm。Al的原子半径与格点的Zn原子半径相近，它将占据晶格格点，与周围元素形成共价键。A1价电子数比Zn多
22、一个，出现了弱束缚的电子，这个多余的电子只需要很少一点能量，就可以摆脱束缚并成为在Zn0薄膜中作共有化运动的自由电子，也就是成为导带中的电子，此时ZAO薄膜的电阻率可降低到1O-4cm。图1六角棱柱形纤锌矿Zn0结构3、ZAO薄膜的光电特性 ZAO薄膜最显著的特性就是光电特性，具有较低电阻率和对可见光的高透射率。ZAO薄膜为n型半导体，导电的非平衡载流子主要是A1原子作为施主向导带提供的大量自由电子，费米能级进入导带，从而使其变成简并半导体。高度简并的载流子浓度很高，约为1018-1020cm3，电子迁移率约为7-102cm2/VS，所以具有优良的导电性能，其低电阻率特性由载流子浓度决定，室温
23、电阻率为10-1-10-4cm，Minami而等制备的ZAO薄膜的电阻率为10-4cm，与ITO相接近；陆峰等认为A1元素相对含量的增加有助于提高载流子浓度，但对迁移率的提高却不能起作用，电阻率有一个最低值，得到的最低电阻率为4.5 l0-4cm。如图2所示：图2载流子浓度及迁移率随掺杂A1的浓度变化曲线 从图中可以看出，载流子浓度在一定范围内随掺杂浓度的上升而上升。当掺杂浓度达到2%时，自由电子的浓度达到最大值41020cm-3，然后开始下降。这与ITO膜层相反的是，迁移率会随着掺杂物浓度的上升而持续下降。 ZAO薄膜的禁带宽度约为3.4eV,它对电磁波的本征吸收限约等于360nm,处于紫外
24、区，这是ZAO薄膜紫外截止的性能。禁带宽度大于可见光子能量(3.1 eV)，对整个可见光是透明的，透射率约在80%以上，这是由于波长在本征吸收限以上时，薄膜对电磁波的吸收系数迅速下降，大部分可见光波段的能量能透射过去，只有极少数能量被反射以及吸收掉。一定程度的A1掺杂对膜的透射率影响不大，但是薄膜的禁带宽度随A1掺杂的浓度增加而增加。ZAO薄膜还具有较高的红外吸收和反射性能，付恩刚等制备的薄膜红外反射率可以达到84%。4、ZAO薄膜目前的应用状况 ZAO薄膜与ITO薄膜的光电性能相近，但在成本、稳定性、环境污染等方面比ITO膜有较大的优势，其应用会越来越广泛，主要介绍一下几种应用。4.1太阳能
25、电池 ZAO作为ITO的替代品，在太阳能电池透明电极领域表现的相当突出。在太阳能电池上，透明导电膜作为减反射层和透明电极使用，可以提高太阳能的转换效率，使太阳能的能量转化率达11.9%，仅次于ITO的转化率13-16。4.2电子工业 ZAO薄膜具有良好的透明性与导电性，同时还具有良好的刻蚀性。因此可以用质优价廉的ZAO替代ITO薄膜而大量地用于平面液晶显示(LCD)、电致发光显示(ELD)、电致彩色显示(ECD)等。目前在各类显示器件中，如：通讯设备、检测仪器及办公室自动化设备等，LCD产品的应用仅次于显像管(CRT)。随着液晶显示器件向大面积化、高等级化和彩色化方向发展以及透明导电材料制备技
26、术的提高，材料体系的拓展，LCD产品将超过CRT成为显示器件领域中的主流产品。4.3航空、军事 ZAO薄膜具备与ITO相似的电学性能，有良好的微波屏蔽作用，能防静电，可用于屏蔽电磁波的地方，如计算机房、雷达的屏蔽保护区、防雷达隐型飞机的涂层等。4.4交通工具 ZAO薄膜既导电又透明的特点，使其成为一种典型的透明表面发热器。这种透明表面发热器可用于汽车、火车、电车、轮船、飞机等交通工具的玻璃视窗上，使其能够除雾防霜。4.5建筑工业 将ZAO薄膜用于高层建筑的视窗上，利用其高透光性和热效应，在冬季使热量保存在一封闭的空间里而起到热屏蔽的作用。在高温季节，利用其红外区的高反射率，使外界热量难以辐射入
27、室内。利用其对可见光的选择性，自动调节室内光线的强弱。利用以上性能，可以使建筑物内暖气、冷气和照明等能源消耗减少。 此外，ZAO薄膜还可以用于气敏传感器、滑水眼镜、冷冻箱显示器、防紫外线、红外线的防护镜以及医疗用喉镜等。5、ZAO薄膜发展方向5.1机理与性能的研究 尽管近年来对ZAO的结构及各种性能的机理进行了积极的探索，但是由于ZAO薄膜复杂的掺杂机制（氧空位和Al3+对Zn2+的替换），导致了对薄膜基本性质（导电机制、能带结构等）的认识还存在着很大的差异，如何研究载流子的散射过程，掺杂物的作用、晶体陷阱态、微观结构等对电阻率的影响，以及如何降低ZAO薄膜的电阻率是一个首要问题。中科院金属研
28、究所闻立时等的研究主要侧重于ZAO薄膜的组织结构对性能的影响，探讨了制备过程中的工作压力、氧分压、溅射功率、合金靶中AI的掺杂含量等参数与薄膜性能的关系，以及在不同衬底上用磁控溅射沉积的透明导电膜进行了性能对比；清华大学庄大明等主要研究了氧流量、基体温度、靶电流密度、铝的掺杂量、本底真空压力和工作气体压力对ZAO薄膜电学性能的影响；河北工业大学范志新研究了ZAO薄膜的结构、光电特性，还对磁控溅射、脉冲激光沉积、溶胶一凝胶等工艺进行了研究。Ghosh研究了Al掺杂Zn0薄膜中的晶界散射，制备出电阻率为3.81l0-4cm的ZAO薄膜；Wendt和Ellmer等研究了氧分压、溅射电压等工艺参数和离
29、子质量对ZAO薄膜的影响。 另外随着对以玻璃为衬底的ZAO薄膜的广泛深入研究，人们对低温以至室温下制备柔性衬底ZAO薄膜逐步地重视起来。因为柔性衬底导电膜具有可挠曲、重量轻、不易碎、易于大面积生产和便于运输等优点。但是柔性衬底与ZAO薄膜的结合机理还不很清楚，有待进一步研究。5.2商业化以及扩宽应用领域ZAO薄膜的开发仅仅刚刚起步，目前尚无竞争力，但是它们有望从无定型硅太阳能电池的市场开始进行大批量生产。如果要在平板玻璃上沉积高质量的ZAO薄膜，必须将玻璃加热到至少300，这一技术特点与镀ITO薄膜一样，使用溅射工艺进行镀膜时，平板玻璃的最大尺寸受到了一定的限制。此外，ZAO薄膜的电阻率较高，
30、如何降低其电阻率以及在合适的领域替代ITO膜是一个急需解决的问题。5.3开发先进的工艺技术 大多数研究者采用溅射法制备ZAO薄膜，虽己广泛应用，但是，最佳参数控制与国外比还有一定差距oPVD，CVD、Sol-Gel、MOCVD、PCVD、LCVD、真空反应蒸发技术，均处于实验室阶段。6、结束语 尽管ZAO薄膜光电性能良好，用途广泛，材料来源丰富，价格低，易于制造，是很有发展前途的产品。但目前ZAO薄膜还处于幼年发育时期，薄膜性能的均匀性、工艺的稳定性和可重复性等都有待提高，大面积高速均匀成膜工艺、光刻工艺的兼容性等问题尚未解决，希望能引起有关科技工作者的关注。作者简介纪毅璞，男，1982年2月
31、生，河北省晋州市人，助理工程师，学士学位，研究方向：玻璃深加工、光电子材料以及功能薄膜的开发应用。通讯地址：北京市朝阳区管庄东里1号联系电话：010-51167378电子邮箱：打破技术壁垒 加快ITO靶材产业化进程相关专题： 市场行情 时间：2009-07-20 08:29 来源： icbuy亿芯网 目前全球信息产业快速发展，我们应抓住ITO材料市场需求猛增的大好时机，加速ITO靶材的研发和产业化进程，打破发达国家设置的技术壁垒，促进ITO靶材国产化。平板显示器上游的关键材料ITO靶材的生产，落后于我国平板显示器产业发展。打造相对完整的平板彩电产业链，以着力提高自主发展能力为核心，提高ITO靶
32、材的生产品质，是我国平板显示器产业发展首要解决的问题之一。中国大陆今年ITO靶材需求量将超过300吨2007年的统计数据表明：生产低端TN导电玻璃的ITO靶材的厂商主要有：韩国的三星康宁、美国的优美可(Umicore)、日本三井和德国的贺力士，国内的生产厂家也有少量生产。国内年总需求量120吨。生产中档STN的ITO靶材的厂商主要有：日本能源、韩国的三星康宁、美国的优美可(Umicore)、日本三井和德国的贺力士。年需求量为200吨。用于生产高端TFT-LCD的ITO靶材均来自日本的东曹、日立、住友、VMC，日本在高端ITO靶材生产技术方面一直处于领先地位，几乎垄断了大部分TFT液晶市场。据不
33、完全统计，年需求量为24吨。随着2009年计划7-9条TFT面板产生线的投产，2010年国内用于高端TFT-LCD的ITO靶材将增加到120吨-140吨。国内目前能生产TFT-LCD大尺寸液晶面板生产厂家主要有京东方、上广电、龙腾光电、深超科技、天马公司5家，产能占全球的5%，所用ITO靶材目前全部依赖进口。除这5家将在未来几年大规模扩大产能外，彩虹集团、四川长虹、广东佛山南海等内地厂商和我国台湾厂商高世代TFT生产线也将逐步落户大陆，高密度ITO靶材的需求量呈快速递增趋势，目前正以每年15%20%的速度增长。据台湾业者粗略统计，2008年各国业者对ITO靶材年均需求量，韩国约320吨，中国台
34、湾约为300吨，日本则约为250吨。目前中国大陆用于生产TFT-LCD的生产线有5条，预计2009年将再增加6条，如全部投产将需求ITO靶材150吨/年以上，因此，中国大陆2009年合计需ITO靶材将超过300吨。至此，国内对ITO靶材的需求将超过日本，成为世界第三大ITO靶材的消费大国。高端ITO靶材全部依赖进口中国是全球中低端ITO导电玻璃的主要生产地，也是ITO靶材的主要需求市场之一。自1994年以来华锡集团就开始热压技术的研发，株冶、宁夏905工厂、山东蓝狐材料等众多厂家与高等院校多年来不断努力，但至今尚无法掌握高品质ITO靶材制作所需之气氛烧结技术。从1998年起，我国的笔段型液晶显
35、示器、点阵显示器产量已跃居世界第一，国内目前能生产TFT-LCD大尺寸液晶面板的生产厂家主要有京东方、上广电、龙腾光电3家，产能占全球的5%，可是，所用ITO靶材全部依赖进口。我国铟储量和产量均居世界第一，然而铟金属却主要外销，对其深加工高新技术产品尚处于起步阶段。为使资源增值，合理利用铟资源的重要途径而铟金属却主要外销，对其深加工高新技术产品尚处于起步阶段。为使资源增值，合理利用铟资源的重要途径之一是生产ITO靶材。目前ITO靶材生产通常采用冷等静压烧结法制备的ITO磁控溅射靶材，相对密度小于99%，未突破下游行业需求指标(单相结构、相对密度大于99.5%)，产品只限部分用于生产低端的TN导
36、电玻璃。自主开发ITO靶材意义重大目前工业ITO靶材都是以ITO粉末为原料经高温烧结而成，其烧结成型方法主要有3种：热压法HP、冷等静压法CIP、高温气氛烧结法MMP。国内目前ITO靶材的生产，多采用高成本的热等静压工艺。该技术工艺生产的靶材，一旦产品规格超过200mm200mm，就会出现断裂、密度低等问题，而且在使用过程中，经常出现靶材中毒现象。这也是我国靶材行业落后于先进国家的主要原因之一。自主开发生产ITO靶材对于促进我国平板显示产业发展意义重大，主要表现在以下几方面：第一，打破技术壁垒，让高端靶材不再依赖进口。国外对ITO靶材生产技术进行严密封锁使我国对这一关键的信息功能材料的制造技术
37、严重滞后，致使ITO靶材不得不长期依赖进口，严重阻碍了我国信息产业链的建立，限制了我国信息产业向高端发展。因此，必须优先发展具有我国自主知识产权的ITO靶材制备技术，加快ITO产业化建设，促进高端ITO靶材国产化进程。第二，有利于资源保护，提高铟产品高附加值。突破限制我国平板显示器产业链健康发展的瓶颈制约，对提高我国信息产业的核心竞争力，开发对稀缺金属原材料的深加工具有重大的战略意义和深远历史意义。第三，填补我国ITO靶材在中、高端平板显示器制造领域应用的空白。第四，有利于ITO靶材平板生产工艺研究开发与人才培养。第五，有利于提高国内ITO靶材原料加工、镀膜等整体技术水平。目前全球信息产业快速
38、发展，我们应抓住ITO材料市场需求猛增的大好时机，加速ITO靶材的研发和产业化进程，打破发达国家设置的技术壁垒，促进ITO靶材国产化，改变目前ITO靶材主要依赖进口的现状，实现我国成为光电产业领先国家的目标。ITO玻璃和彩色滤光片国内行业发展概况发布日期:2007-09-26 来源:统计整理 作者:COEMA 阅读: 1323 字体选择：大 中 小 ITO导电玻璃和彩色滤光片是制造液晶显示面板(简称“LCD面板”)的关键原材料。其中彩色滤光片与LCD面板为一对一搭配使用关系，即大尺寸彩色滤光片用于生产大尺寸LCD面板，中小尺寸彩色滤光片用于生产中小尺寸LCD面板。LCD面板广泛应用于消费电子产
39、品，其中大尺寸LCD面板主要应用于笔记本电脑和液晶电视；中小尺寸LCD面板主要应用于手机、数码相机、MP4、车载显示屏等。随着此类消费电子产品的市场需求不断增长，LCD面板拥有广阔的市场前景，相应为ITO导电玻璃和彩色滤光片的发展创造了良好的市场空间。液晶显示在未来几年仍将为平板显示技术的主流平板显示技术主要包括液晶显示(LCD)、等离子显示(PDP)、有机电致发光显示(OLED)、真空荧光显示(VFD)和投影显示(LCOS)等技术。与其他类型的平板显示器件相比，液晶显示器件具有工作电压低、功耗小、分辨率高、抗干扰性好、大规模生产技术成熟、成本较低等一系列优点，因而已成为FPD产业的主导产品。
40、根据知名调研机构DisplaySearch统计，2005年LCD产业产值占整个FPD产业产值的比例已超过75%，并且预计未来这一比例仍将继续提高。根据LCD生产采用的技术类型不同，LCD一般分为TN-LCD、STN-LCD、CSTN-LCD、TFT-LCD四种类型。其中TN-LCD、STN-LCD仅能实现单色显示，CSTN-LCD和TFT-LCD才能彩色显示。随着人们生活水平的提高，计算机、手机、PDA等资讯产品从商用型迅速向家用型、个人用户型普及，从而带动LCD技术从黑白显示向彩色显示快速发展。2003年以来，彩屏手机在全球市场快速普及，带动了LCD市场的彩色化升级浪潮，LCD彩色化已成为大
41、势所趋。根据知名市场调查机构iSuppli公司的统计，2004年彩色LCD产值已经占到整个LCD产业的63%，开始占据LCD市场的主导地位。预计到2010年，LCD彩色化比率将高达94%。在彩色显示面板中，CSTN-LCD具有耗电低、价格便宜、开模费用低和开发时间短等特性，为初期手机彩屏的主流技术。与CSTN-LCD相比，TFT-LCD具有分辨率更高、反应速度更快，以及画质更佳(更具有动画显示效果)等优势，目前正逐渐取代CSTN-LCD在手机主屏领域占据主要地位，并广泛应用于液晶电视、液晶监视器、笔记本电脑和数码相机等电子产品领域。液晶产业链：涉及众多技术层面，上下游企业分工合作由于LCD产品
42、制造涉及光学、半导体、电子工程、化工、高分子材料等各领域，所需技术层面极广，所以LCD产业链上下游之间的专业分工较为明确，很少有单一厂商能做到从上游材料到下游成品的全部自主生产。在LCD产业链中，上游为原材料生产厂商，主要原材料包括玻璃基板、ITO导电玻璃、偏光片、彩色滤光片等；中游为面板生产厂商，采用各种上游材料制造LCD面板；下游为各类整机产品厂商，采用中游的LCD面板提供给各类整机产品搭配使用。在LCD产业结构中，LCD面板位于产业中游，在整个LCD产业的发展中占有重要地位。根据终端产品应用面板尺寸的大小不同，LCD面板可分为小尺寸面板(13英寸)、中尺寸LCD面板(310.4英寸)和大
43、尺寸LCD面板(10.4英寸以上)。其中中小尺寸LCD面板泛指小于10.4英寸的LCD面板(行业习惯将TN-LCD、STN-LCD、CSTN-LCD及中小尺寸TFT-LCD统称为中小尺寸LCD面板)。中小尺寸LCD面板主要用于手机、PDA、数码相机(DC)、数码摄像机(DV)、车载显示屏(如GPS、车载DVD等)等产品；大于10.4英寸的大尺寸LCD面板，由于主要采用TFT-LCD技术，因此又称大尺寸TFT或大尺寸TFT-LCD，主要用于笔记本电脑、液晶监视器和液晶电视等产品。莱宝高科现有的ITO导电玻璃和彩色滤光片产品全部用于中小尺寸LCD面板，必须与LCD面板一对一搭配使用，因此莱宝高科现
44、有的业务增长与中小尺寸LCD面板市场密切相关。中小尺寸LCD面板大都是客户定制型产品，其规格品种很多且成系列化，强调个性化设计与服务，其应用范围比较广泛(如手机、PDA、数码相机、数码摄像机、车载显示屏等)，客户数量也很多。而大尺寸LCD面板基本上为大规模生产的标准品，应用范围比较窄(主要集中在笔记本电脑、液晶监视器、液晶电视等产品上)，制造商通常情况下一年只生产34种尺寸的产品，客户相对集中，一般只需几家大批量采购的客户即可。上述因素使得生产中小尺寸LCD产品的企业与生产大尺寸TFT-LCD产品的企业在经营管理方式上有很大的不同，二者面向两个不同的细分市场。中小尺寸液晶面板产业仍将稳步发展作
45、为资金密集型和技术密集型行业，近年来LCD行业以每年平均高于30%的增长率增长而被誉为全球明星产业，其中中小尺寸LCD面板产业在手机市场的带动下发展更为迅猛。据台湾资策会(MIC)的最新统计，2005年全球中小尺寸LCD面板出货量为21.25亿片，产值为187.39亿美元，预计2010年全球中小尺寸LCD面板出货量为27.15亿片，产值达到257.92亿美元，由此可见，未来数年内中小尺寸LCD面板市场将一直保持较高的增长速度，市场容量十分巨大。ITO导电玻璃行业ITO俗称氧化铟锡，是一种具有良好导电性能的金属化合物，可利用磁控溅射等方法把ITO膜镀在各类基板材料(基板材料包括钠钙玻璃、硼硅玻璃
46、、PET塑料等)上用作导电的电极，广泛应用于LCD、OLED、PDP、触摸屏等各类平板显示器件在20世纪70年代至90年代初，能够提供LCD用ITO导电玻璃的生产厂商只有美国Donnelly、瑞士Balzers及日本少数几个厂商。随着LCD行业的快速发展对导电玻璃需求量的增大，德国Leybold、日本真空、美国AFC开始推出商业化的导电玻璃生产线，韩国、中国内地及台湾地区在90年代开始引进生产线生产导电玻璃，并成为导电玻璃市场发展最快的区域。近年来，随着手机彩屏化和液晶显示器件的普及应用，以低电阻(面电阻率5/)、低表面缺陷、超薄基板玻璃为代表的中高档ITO导电玻璃的市场需求增长迅速。中高档I
47、TO导电玻璃市场需求增长迅速由于ITO导电玻璃与TN/STN/CSTN-LCD面板之间存在着一对一的搭配关系，随着TN/STN/CSTN-LCD面板市场逐渐进入成熟期，ITO导电玻璃的市场需求也渐趋稳定(如下图所示。单位：万平方米/年)。从产能与下游配套的角度来看，由于目前TN/STN-LCD行业在技术发展上已经退出主流行列，市场容量增长空间有限，实际产量与产能之间存在较大差距，从而也造成低档ITO导电玻璃市场需求增长乏力，产能已超过市场实际需求。而随着LCD面板性能的不断改进以及CSTN-LCD面板市场近年来的快速发展，带动中高档ITO导电玻璃市场需求增长迅速，市场容量不断扩大。行业发展态势：中国已成全球最大生产基地近年来，基于劳动力和市场等因素，全球TN/STN/CSTN-LCD产业不断向中国内地转移和集中，与之相对应，作为LCD行业关键原材料的ITO导电玻璃产业也随之加速向国内转移。日本等国已逐步退出ITO导电玻璃行业，仅保留部分高档ITO导电玻璃及其上游关键原材料的生产，韩国和台湾地区厂商亦仅保留中高档STN/CSTN型ITO导电玻璃的生产。目前我国已成为ITO导电玻璃的最大生产国和出口国，产量占全球总产量的50%以