Indiumzinnoxid
Indiumzinnoxid (englisch indium tin oxide, ITO) ist ein halbleitender, im sichtbaren Licht weitgehend transparenter Stoff. Es ist ein Mischoxid, üblicherweise aus 90 % Indium(III)-oxid (In2O3) und 10 % Zinn(IV)-oxid (SnO2).
| Kristallstruktur | |||||||||||||
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| _ In3+/Sn4+ _ O2− | |||||||||||||
| Allgemeines | |||||||||||||
| Name | Indiumzinnoxid | ||||||||||||
| Andere Namen |
ITO | ||||||||||||
| Verhältnisformel | (In2O3)0.9 · (SnO2)0.1 | ||||||||||||
| Kurzbeschreibung |
weißer bis gelblicher Feststoff[1] | ||||||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||||||||
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| Eigenschaften | |||||||||||||
| Molare Masse | 264,94 g·mol−1 | ||||||||||||
| Aggregatzustand |
fest | ||||||||||||
| Dichte |
7,12 g·cm−3 (25 °C)[2] | ||||||||||||
| Löslichkeit |
nahezu unlöslich in Wasser[1] | ||||||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). | |||||||||||||
Eigenschaften
BearbeitenZinn(IV)-oxid erzeugt als Dotiermittel die für eine gute elektrische Leitfähigkeit notwendigen Störstellen im Kristallgefüge des Indiumoxids. Typisch ist das Abscheiden auf Glas bei Substrattemperaturen von ca. 400 °C. Die Kristallstruktur des Indium(III)-oxids wird beim Dotieren mit Zinn (In2O3:Sn) beibehalten.[4]
Dünne Schichten von 100 nm haben einen Flächenwiderstand von typisch 15 Ω, hergestellt werden Schichtdicken von z. B. 15…300 nm[5]. Ein mit 100 nm ITO beschichtetes Floatglas (1,1 mm) hat im sichtbaren Wellenlängenbereich (400…700 nm) eine Transmission von ca. 84…89 %[6].
Anwendung
BearbeitenDer Stoff wird für die Herstellung transparenter Elektroden in Flüssigkristallbildschirmen, organischen Leuchtdioden, Touchscreens, Dünnschicht-Solarzellen, Fotodioden sowie elektrochromen Anwendungen eingesetzt.
Mit ITO werden auch unsichtbare bzw. transparente Leiterbahnen auf Glas hergestellt, etwa für beheizbare Fenster und Objektträger, unsichtbare Antennen oder Leiterbahnen auf CCD-Sensoren.
Verschiedenste Oberflächen, beispielsweise Kunststofffolien, können mit ITO beschichtet werden, damit sie sich nicht elektrostatisch aufladen und dennoch transparent bleiben.
ITO-beschichtete Scheiben können Funkwellen abschirmen.[5]
Da ITO Infrarotstrahlung stark reflektiert, wird es vereinzelt als Wärmeschutz auf Fensterglasscheiben aufgebracht.
Beschichtungsverfahren
BearbeitenITO wird üblicherweise unter Hochvakuum auf Substrate aufgebracht. Als Substrate kommen Gläser und Kunststofffolien zum Einsatz. Kathodenzerstäubung ist dabei das meist verwendete Verfahren, es kann aber auch durch thermisches Verdampfen aufgetragen werden, wobei bedampfte Bauteile auf bis zu 360 °C erwärmt werden müssen, was vor allem bei Kunststoffen die Anwendbarkeit einschränkt. Möglich ist auch das Aufdampfen bei Raumtemperatur und anschließende Auslagerung in Sauerstoff bei 360 °C und Atmosphärendruck. Die Schichten sehen nach dem Aufdampfen metallisch aus und sind undurchsichtig. Erst die Oxidation gibt ihnen die gewünschten Eigenschaften der Transparenz und Leitfähigkeit.
Eine weitere Möglichkeit ist das Sol-Gel-Verfahren, das auf dünnen, aber großflächigen Schichten eingesetzt werden kann. Dabei können die Substrate getaucht, besprüht, bedruckt oder durch Aufschleudern beschichtet werden. Nachteilig ist hier die für viele Anwendungen (LCD und OLED) zu geringe Schichthomogenität.
Alternative Materialien in der Halbleiterindustrie
BearbeitenDurch den hohen Preis von Indium, der sich in den letzten Jahren vervielfacht hat, ist ITO relativ teuer. Die nur begrenzt verfügbaren Mengen an Indium beschränken mittelfristig beispielsweise die Massenanwendung in Dünnschichtsolarzellen. Es wird daher intensiv an alternativen transparenten, leitfähigen Beschichtungen gearbeitet. Aussichtsreiche Kandidaten sind u. a.:
Einzelnachweise
Bearbeiten- ↑ a b Datenblatt Indiumzinnoxid bei Alfa Aesar, abgerufen am 9. Februar 2010 (Seite nicht mehr abrufbar).
- ↑ Gunar Kaune: Röntgenografische Charakterisierung von Indium-Zinn-Oxid-Dünnschichten. ( vom 14. Februar 2006 im Internet Archive) (PDF; 4,4 MB) Diplomarbeit, Technischen Universität Chemnitz, 26. September 2005.
- ↑ a b Datenblatt Indium tin oxide bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 5. April 2011 (PDF).
- ↑ V. Senthilkumar, P. Vickraman, M. Jayachandran, C. Sanjeeviraja: Structural and optical properties of indium tin oxide (ITO) thin films with different compositions prepared by electron beam evaporation. In: Vacuum, 84, 2010, S. 864–869, doi:10.1016/j.vacuum.2009.11.017.
- ↑ a b ITO-Beschichtungen auf Glas | Leitfähig und transparent. Abgerufen am 31. März 2023.
- ↑ Spektraler Transmissiongrad (PDF)
- ↑ Die Zeit: Biegsame Computer. 6. September 2011, abgerufen am 7. September 2011.