TW201526025A

TW201526025A - 複合導電薄膜

Info

Publication number: TW201526025A
Application number: TW102148709A
Authority: TW
Inventors: Ming-Chang Lu; Hong-Hao Zeng; Wen-Jie Wang
Original assignee: Solar Applied Mat Tech Corp
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-07-01

Abstract

一種複合導電薄膜，包含：至少一層銀合金層，及至少一層金屬氧化物層，其中，該金屬氧化物層係由具有銦、鋅，及錫的金屬氧化物所構成，且該金屬氧化物層的折射率大於2，電阻率小於10-3Ω-cm。

Description

複合導電薄膜

本發明是有關於一種導電薄膜，特別是指一種兼具高導電性及高透光性的複合導電薄膜。

透明金屬氧化物，因為其具有透明及導電的特性，因此，已被廣泛的應用於不同領域。而以目前發展最為迅速的觸控面板產業而言，金屬氧化物，例如最常用的ITO，已是不可或缺的材料。隨著觸控技術的發展，目前觸控技術的應用範疇正大舉拓展到個人電腦，且大尺吋觸控面板也可望日益普及；但是，當觸控面板往大尺寸化發展時，卻面臨ITO電阻過大無法符合需求的問題，若以銀金屬薄膜提升導電度，則必需犧牲面板的透光度，更導致整體的製程成本加高，因此，於此技術領域者莫不積極尋求可兼具高導電性及高透光性的材料。

目前較受矚目的ITO替代材料有金屬網格(Metal mesh)、銀奈米線(Silver nanowires)、奈米碳管(Carbon nanotubes)、導電高分子(Conductive polymers)，及石墨烯(Graphene)等，而以成本和導電性來看，利用金屬當導體由於有更佳的導電性，且片電阻可小於10Ω/□，因此，金屬網格被認為是將來有機會成為大尺吋觸控應用的主流技術之一。

然而，因為金屬不具透光性，所以只能單純依靠網格結構得到穿透性，而若為了提高穿透度把金屬薄膜的膜厚降低時，又會導致金屬薄膜整體的電性下降，無法達成規格要求；此外，目前發展的金屬網格最常用的材料是純銀，然而純銀薄膜穩定性不佳，容易與外界氣氛反應，也會影響金屬網格的電性，而純銀薄膜與玻璃基板的附著性不佳，則是後續產品良率及使用壽命的一大隱憂。

因此，本發明之目的，即在提供一種具有低電阻且與玻璃附著性佳的複合導電薄膜。

於是，本發明的複合導電薄膜，包含：至少一層銀合金層，及至少一層金屬氧化物層，其中，該金屬氧化物層由具有銦、鋅，及錫的金屬氧化物所構成，且該金屬氧化物層的折射率大於2，電阻率小於10^-3Ω-cm。

較佳地，前述該複合導電薄膜，其中，該複合導電薄膜具有一層銀合金層，及二層金屬氧化物層，該銀合金層夾設於該二層金屬氧化物層之間。

較佳地，前述該複合導電薄膜，其中，該複合導電薄膜包含多層銀合金層，及多層金屬氧化物層，且該等銀合金層及金屬氧化物層為依序交錯堆疊。

較佳地，前述該複合導電薄膜，其中，等銀合金層的總厚度不大於250nm，且該金屬氧化物層的總厚度不大於100nm。

較佳地，前述該複合導電薄膜，其中，該銀合金層的總厚度介於3至30nm。

較佳地，前述該複合導電薄膜，其中，該複合導電薄膜的最頂層為該金屬氧化物層。

較佳地，前述該複合導電薄膜，其中，該金屬氧化物的硫含量小於10ppm。

較佳地，前述該複合導電薄膜，其中，該銀合金層是由包含銀，以及選自鋅、鎳、鋁或銅至少一種金屬的銀合金所構成。

較佳地，前述該複合導電薄膜，其中，該複合導電薄膜在550nm波長的透光率>85%，且片電阻小於10Ω/□。

較佳地，前述該複合導電薄膜，其中，該金屬氧化物的In、Zn、Sn的原子比為In/(In+Zn+Sn)=0.6-0.8、Zn/(In+Zn+Sn)=0.1-0.25、Sn/(In+Zn+Sn)=0.01-0.2。

較佳地，前述該複合導電薄膜，其中，該金屬氧化物Zn的原子比大於Sn的原子比。

本發明之功效在於：利用將金屬氧化物層與銀合金層進行堆疊，利用金屬氧化物成分比例限制控制電阻率及折射率，並利用銀合金提高耐熱性及抗氧化性，而得到透光性佳、低電阻、環境穩定性佳且與玻璃附著性佳的複合導電薄膜。

2‧‧‧銀合金層

3‧‧‧金屬氧化物層

100‧‧‧基材

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明本發明的第一較佳實施例；圖2是一示意圖，說明本發明該第一較佳實施例之複合導電薄膜的另一堆疊態樣；圖3是一示意圖，說明本發明的第二較佳實施例；圖4是一表面電阻圖，說明不同複合導電薄膜結構(A、B、C、D)的表面電阻；圖5是一穿透率圖，說明不同複合導電薄膜結構(A、B、C、D)的穿透率；圖6是一穿透率圖，說明不同複合導電薄膜結構及材料的穿透率。

本發明的複合導電薄膜可用於導電，特別是用於同時須求透光及導電性的用途，例如可用於觸控面板的觸控電極，或是可用於取代LED、太陽能電池的ITO層等用途。具體的說，例如，當將本發明該複合導電薄膜作為觸控面板的觸控電極時，由於該複合導電薄膜可同時具有透光及導電性，因此，可解決金屬網格因為不透光所造成的可視性問題。

參閱圖1、2，本發明複合導電薄膜的一第一較佳實施例包含一銀合金層2，及一金屬氧化物層3。

於實際應用時，該銀合金層2及該金屬氧化層3可利用濺鍍方式形成於一基材100表面，由於濺鍍的製程參數為本技術領域者所習知，因此，不再多贅述。

該基材100可以選自例如：玻璃、具有半導體材料的晶圓、軟性塑膠基板，或金屬箔狀基板。而要說明的是，該銀合金層2及該金屬氧化物層3於該基材100上的堆疊順序並無特別限定，可以是先形成該銀合金層2，也可以先形成該金屬氧化物層3，圖1、2分別表示該金屬氧化物層3先形成於該基材100表面，再於該金屬氧化物層3上形成該銀合金層2，以及先將該銀合金層2形成於該基材100表面，再於該銀合金層2表面形成該金屬氧化物層3的態樣。

該銀合金層2是由包含銀，以及選自鋅、鎳、鋁或銅至少一種金屬的銀合金所構成，以該銀合金的重量百分比為100%，銀的重量百分比介於99.9~90.0wt%、鋅的重量百分比介於0.1~3.0wt%、鎳的重量百分比介於0.001~1.0wt%、鋁的重量百分比介於0~1.0wt%、銅的重量百分比介於0~5.0wt%；較佳地，銀的重量百分比97.5wt%、鋅的重量百分比1.5wt%、鎳的重量百分比1.0wt%；更佳地，銀的重量百分比99.597wt%、鋅的重量百分比0.3wt%、鎳的重量百分比0.003wt%、鋁的重量百分比0.1wt%；更佳地，銀的重量百分比97.6wt%、鋅的重量百分比0.3wt%、銅的重量百分比2.0wt%、鎳的重量百分比0.1wt%。藉由鋅、鎳、鋁或/及銅的添加，可以提升銀合金的穩定性及與玻璃的附著性，改善習知純銀穩定性不佳，以及與該基材100附著性差的缺點，而同時再配合該銀合金層2的厚度控制在不大於250nm，則可保持該銀合金層2的透光性。

該金屬氧化物層3由具有銦、鋅，及錫的金屬氧化物(ITZO)所構成，且該金屬氧化物層3的折射率大於2，電阻率小於10^-3Ω-cm。

具體的說，該金屬氧化物的In、Zn、Sn的原子比分別為：In/(In+Zn+Sn)=0.6-0.8

Zn/(In+Zn+Sn)=0.1-0.25

Sn/(In+Zn+Sn)=0.01-0.2

本發明利用該金屬氧化物中In、Zn、Sn的成分比例限制，不僅可同時控制該金屬氧化物層3的折射率，還可得到電阻率小於10^-3Ω-cm的金屬氧化物層3，而可同時提高該金屬氧化物層3的導電性及透光效果，並利用該銀合金層2的組成及厚度控制提高耐熱性及抗氧化性，而得到兼具透光性、低電阻、環境穩定性佳且與玻璃附著性佳的複合導電薄膜。

值得一提的是，本發明進一步將金屬氧化物的鋅原子含量控制在大於錫原子含量，可使薄膜結晶溫度高於250℃，而得到與後製程的相容性更高的穩定薄膜；或更進一步將鋅原子含量與錫原子含量的比值控制在大於1且小2之間，可確保當利用濺鍍方式形成該金屬氧化物層3時，在不影響利用該濺鍍靶材所形成之該金屬氧化物層3的電阻率及折射率的條件下，避免濺鍍靶材中六方晶層狀化合物的產生，提高濺鍍效率及鍍膜品質。此外，為了避免該金屬氧化物層3與該銀合金層2在堆疊的界面產生反應，而影響電性及透光度，較佳地，該金屬氧化物的硫含量小於10ppm。

參閱圖3，本發明該複合導電薄膜的一第二較佳實施例包含一層銀合金層2，及兩層金屬氧化物層3，該銀合金層2及該兩層金屬氧化物層3是自該基材100表面堆疊而形成三明治堆疊結構。由於該銀合金層2，及該金屬氧化物層3的材料選擇與該第一較佳實施例相同，因此，不再多加贅述。要再說明的是，該複合導電薄膜也可由多層銀合金層2及多層金屬氧化物層3交錯堆疊而得(圖未示)。而當該複合導電薄膜為多層堆疊結構時，為了得到較佳的透光性，該金屬氧化物層3的堆疊層數會大於或等於該銀合金層2的堆疊層數，且較佳地，位於該複合導電薄膜最頂層(即最遠離該基板100的位置)的結構為該金屬氧化物層3，如此，可減少該銀合金層2對透光性的影響，而利用該堆疊結構達到最佳的透光效果。

為了不因多層堆疊影響該複合導電薄膜的透光性及導電性，較佳地，該等銀合金層2的總厚度不大於250nm，且該等金屬氧化物層3的總厚度不大於100nm；更佳地，當將該銀合金層2厚度控制在3~30nm，該金屬氧化物層3的總厚度控制在100nm以下時，可得到透光性及導電性均佳的複合導電薄膜。

參閱表1，表1是將適用於本發明該第一、二較佳實施例的銀合金及純銀分別進行抗氧化性測試的結果。

抗氧化測試方法：準備厚度為150nm的試片，利用RF Power O₂ Plasma Treatment機台，設定氧流量為100sccm、RF power為50W，以1分鐘的測試時間轟擊該試片的表面，最後量測該等試片的氧化厚度。以純銀的氧化厚度作為參考試片，計算出其他試片相對於純銀的氧化厚度比例。由氧化厚度比例的結果可知抗氧化的程度，氧化厚度比例越低表示試片的表面受氧電漿侵蝕的程度較少，代表抗氧化的程度越高。

由表1結果可知，與純銀材料相較，本發明的銀合金可有效改善習知純銀穩定性不佳易氧化的缺點，而具有較佳的抗氧化性能。

參閱表2，表2中組成1~7是具有不同In、Zn、Sn原子比的金屬氧化物(以ITZO表示)的組成，以及ITO(組成8)和Nb₂O₅(組成9)的電阻率和折射率的量測結果。

由表2中組成1-5的結果可知，當該金屬氧化物的In、Zn、Sn原子比為In/(In+Zn+Sn)=0.6-0.8、Zn/(In+Zn+Sn)=0.1-0.25、Sn/(In+Zn+Sn)=0.01-0.2的範圍時，折射率均大於2，且均可具有好的電阻率；而由組成6、7則可得知，當金屬氧化物的In、Zn、Sn的原子比超出本案之預定範圍時，雖然折射率可維持在大於2.0，然而，其電阻率與組成1-5的結果相較，則會上升1個級數(order)。而ITO的電阻率雖然與本案之金屬氧化物的電阻率相當，但折射率並無法達到要求；而Nb₂O₅的折射率雖然大於2.0，但是電阻率>10⁷(Ωcm)並不適用於本案。

參閱圖4、5，圖4~5是該基材100表面只形成一層銀合金層(以A表示)、圖1所示之複合導電薄膜結構(以B表示)、圖2所示之複合導電薄膜結構(以C表示)，以及圖3所示之複合導電薄膜結構(以D表示)，其中，該複合導電薄膜的銀合金層2厚度固定為3nm，及每一層金屬氧化物層3厚度固定在10nm的條件下，該A~D結構的表面電阻及穿透率(550nm)的量測結果。

由圖4結果可知，利用堆疊結構可有效降低該複合導電薄膜的表面電阻，而由圖5則可得知，本發明該複合導電薄膜與僅有單層銀合金層2的結構相較，均可具有較佳的穿透率，而無論該複合導電薄膜為雙層或三層的堆疊結構，當該複合導電薄膜的最頂層為該金屬氧化物層3時，由於該金屬氧化物層3的折射率大於2，因此，可比最頂層為該銀合金層2時，具有更好的穿透度。

此外，參閱下表3，表3是將前述該A、B、D結構進行百格試驗(銀合金厚度為26nm，金屬氧化物層3厚度為10nm)，量測該A、B、D結構的複合導電薄膜與該基材100的密著性測試結果並以ASTM等級表示。由結果可知，具有複合結構的導電薄膜可明顯提升該導電薄膜與基材100的附著性。

ASTM等級代表之意義：

5B：切口的邊緣完全光滑，格子邊緣沒有任何剝落。

4B：在切口的相交處有小片剝落，劃格區內實際破損<5%。

3B：切口的邊緣和/或相交處有剝落，且剝落面積介於5%~15%。

2B：沿切口邊緣有部分剝落或整大片剝落，或部分格子被整片剝落，且剝落的面積介於15%~35%。

1B：切口邊緣大片剝落/或者一些方格部分部分或全部剝落，其面積大於劃格區的35%~65%。

0B：在劃線的邊緣及交叉點處有成片脫落，且脫落總面積大於65%。

參閱圖6，圖6是利用圖3所示之複合導電薄膜結構(M1/A/M2，M1、M2表示該金屬氧化層3，A表示該銀合金層2)，在波長550nm條件下的穿透度量測結果。其中，該複合導電薄膜是將該銀合金層A(Ag(97.5wt%)/Zn(1.5wt%)/Ni(1.0wt%))的厚度固定在3nm，該金屬氧化物層M1、M2厚度均固定在10nm。圖6中HRITCO1曲線表示該金屬氧化物層M1、M2的組成為ITO；HRITCO2曲線表示該金屬氧化物層M1、M2的組成為前述表1中該組成1所示的金屬氧化物；Ag-alloy曲線表示僅有該銀合金層A，即HRITCO1與HRITCO2的差別在於其金屬氧化物層的折射率，而由圖6結果可知，本案利用折射率大於2之金屬氧化物與銀合金層A進行堆疊所得到的複合導電薄膜，在550nm的穿透度可進一步大於90%。

再參閱表4，表4是利用圖3所示之複合導電薄膜結構(M1/A/M2，M1、M2、A定義同前所述)，在不同的銀合金層A及金屬氧化物層M1、M2的厚度條件下的透光性(@550nm)及片電阻(Ω/□)的量測結果。其中，表4中複合導電薄膜F-1~F-6的金屬氧化物層M1、M2是由前述表1中的組成1所構成，而銀合金層A為選自Ag(97.5wt%)/Zn(1.5wt%)/Ni(1.0wt%)合金。

由表4結果可知，該複合導電薄膜F-1~F-6的透光性主要受到該銀合金層A厚度的影響最大，片電阻雖然同時受到銀合金層A及金屬氧化物層M1、M2的厚度的影響，但從量測結果可知，當該金屬氧化物層M1、M2的總厚度較薄時，疊層厚度越厚片電阻越低，而當金屬氧化層M1、M2厚度超越一臨界值時，片電阻會明顯驟升。因此，為了同時維持該複合導電薄膜的透光性及導電性，較佳地，該等銀合金層A的總厚度不大於250nm，且該等金屬氧化物層M1、M2的總厚度不大於100nm；更佳地，當將該銀合金層A厚度控制在3~30nm，該金屬氧化物層M1、M2的總厚度控制在100nm以下時，可得到透光性及導電性均佳的複合導電薄膜。

綜上所述，本發明藉由將該金屬氧化物層3與銀合金層2進行堆疊，而得到該複合導電薄膜。利用該金屬氧化物的成分比例限制，將該金屬氧化物的In、Zn、Sn的原子比控制在In/(In+Zn+Sn)=0.6-0.8、Zn/(In+Zn+Sn)=0.1-0.25、Sn/(In+Zn+Sn)=0.01-0.2，以控制該金屬氧化物的電阻率及折射率，再使用銀合金提高耐熱性及抗氧化性，而可令該複合導電薄膜同時具有高穩定性、低表面電阻、高透光性，且與玻璃附著性佳的特性，因此，本發明該複合導電薄膜可廣泛的用於同時須求透光及導電性的用途，例如觸控面板的觸控電極，或是可用於取代LED、太陽能電池的ITO層等用途，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧銀合金層

3‧‧‧金屬氧化物層

100‧‧‧基材

Claims

一種複合導電薄膜，包含：至少一層銀合金層，及至少一層金屬氧化物層，其中，該金屬氧化物層係由具有銦、鋅，及錫的金屬氧化物所構成，且該金屬氧化物層的折射率大於2，電阻率小於10^-3Ω-cm。
如請求項1所述的複合導電薄膜，其中，該複合導電薄膜具有一層銀合金層，及二層金屬氧化物層，該銀合金層夾設於該二層金屬氧化物層之間。
如請求項1所述的複合導電薄膜，其中，該複合導電薄膜包含多層銀合金層，及多層金屬氧化物層，該等銀合金層及金屬氧化物層為依序交錯堆疊。
如請求項1至3項其中任一項所述的複合導電薄膜，其中，該銀合金層的總厚度不大於250nm，且該金屬氧化物層的總厚度不大於100nm。
如請求項4所述的複合導電薄膜，其中，該銀合金層的總厚度介於3至30nm。
如請求項1至3項其中任一項所述的複合導電薄膜，其中，該複合導電薄膜的最頂層為該金屬氧化物層。
如請求項1所述的複合導電薄膜，其中，該金屬氧化物的硫含量小於10ppm。
如請求項1所述的複合導電薄膜，其中，該銀合金層是由包含銀，以及選自鋅、鎳、鋁或銅至少一種金屬的銀合金所構成。
如請求項1所述的複合導電薄膜，其中，該複合導電薄膜在550nm波長的透光率>85%，且片電阻小於10Ω/□。
如請求項1所述的複合導電薄膜，其中，該金屬氧化物中，In、Zn、Sn的原子比為In/(In+Zn+Sn)=0.6-0.8、Zn/(In+Zn+Sn)=0.1-0.25、Sn/(In+Zn+Sn)=0.01-0.2。
如請求項10所述的複合導電薄膜，其中，該金屬氧化物中，Zn的原子比大於Sn的原子比。