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Behandelte Themen
Hintergrund
Zinkoxid (ZnO)
Anwendungen von Zinkoxid
Aktuelle Challenge mit Zinkoxid
Vorteile von Zinkoxid
Chancen von Zinkoxid als Halbleiter Beide und Dirigent
Eigenschaften von Zinkoxid
Physikalischen und optischen Eigenschaften von Zinkoxid
Trends in Zinkoxid Manufacturing Process
Anwendungen von ZnO als Dirigent
Anwendungen von ZnO als Halbleiter und andere Anwendungen
Technische Probleme mit ZnO
Zusammenfassung
Hintergrund
NanoMarkets ist ein führender Anbieter von Markt-und Technologieführer Forschung und Industrie-Analyse-Dienste für die Dünnschicht-, Bio-und druckbare Elektronik Unternehmen (die wir als TOP Electronics.) Seit der Gründung der Gesellschaft, NanoMarkets hat über zwei Dutzend umfassenden Forschungs-Berichte über die neue Technologie Märkte. Zu den behandelten Themen haben Sensoren, Displays, OLEDs, HB-LEDs, E-Paper, RFID, Photovoltaik, intelligente Verpackungen, neuartige Akku-Technologien, inklusive gedruckte Elektronik , organische Elektronik, neue Speicher-und Storage-Technologien und anderen vielversprechenden Technologien. Unsere Kundenliste ist ein Who is Who der Unternehmen in der Spezialchemie, Materialien, Anwendungen in der Elektronik und Fertigung. NanoMarkets beherbergt auch ein Blog unter www.nanotopblog.com wo wir diskutieren Technologie-Trends, Mitteilungen aus dem Unternehmen und der Branche laufenden Fortschritt.
Zinkoxid (ZnO)
Zinkoxid ( ZnO ) wird als Material von Interesse für eine Vielzahl von elektronischen Anwendungen entstehen. Es kann in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt werden, und anders als viele der Materialien, mit denen er konkurriert, ZnO ist kostengünstig, relativ reichlich, chemisch stabil, leicht herzustellen und ungiftig. Die meisten der Doping-Materialien, die mit verwendet werden ZnO stehen ebenfalls zur Verfügung.
Anwendungen von Zinkoxid
Derzeit ist die am häufigsten veröffentlichten Anwendung für ZnO ist ein ITO Ersatz für Displays und Photovoltaik-Module, in denen ZnO Kosten transparent Leiter senken könnte. Aber auch neue Anwendungen für ZnO sind viel breiter als die. Neben seiner leitenden Natur, ZnO kann auch als Halbleiter für die Herstellung kostengünstig Transistoren für Einweg-Elektronik oder auch Low-Cost verwendet werden LEDs . ZnO findet auch Anwendungen in der Dünnschicht-Batterien und ZnO ist Fähigkeit, sich in interessante Nanostrukturen Hinweise manipuliert werden bei neuen Anwendungen die Straße hinunter. ZnO wird bereits in der Spintronik angezapft.
Aktuelle Challenge mit Zinkoxid
Allerdings müssen technische Probleme lösen, bevor sein ZnO ist in der Lage, ihr volles Potenzial zu erreichen. Eine wichtige Herausforderung besteht darin, dass es noch keine stabile p-Typ ZnO -Halbleiter. Technische Hürden beiseite, die Zahl der Patentanmeldungen von ZnO Anwendungen in der Elektronik weiter zu wachsen und NanoMarkets glaubt, dass ZnO wird ein bedeutender Markt als elektronisches Material über die nächsten acht Jahre zu vertreten.
Vorteile von Zinkoxid
Wie bereits erwähnt, ZnO hat mehrere Vorteile gegenüber seinen Konkurrenten, es ist billig, relativ reichlich, chemisch stabil, leicht herzustellen und ungiftig. Einer der stärksten Marktchancen für ZnO ist eine kostengünstige Ersatz für ITO, die (99,99 Prozent Reinheit oder höheren) Kosten von über $ 700/kg. Die Kosten für Indium-Metall, die zum Zeitpunkt des Schreibens über 1.000 $ / kg, für einen großen Anteil an den Produktionskosten. Im Vergleich zu Zink, die bei weniger als 1 $ an der Londoner Metal Exchange gehandelt wird, und obwohl es eine kostengünstige Verarbeitung mit metallischem Zink in hoher Reinheit Zinkoxidpulver verbunden sind, sind die Gesamtkosten nur einen Bruchteil der derzeitigen Kosten von ITO. Darüber hinaus hat die Fülle und chemische Stabilität aus ZnO ein Material von Interesse als Ersatz für giftige, teure Gaan Transistoren in der LED-Raum.
Ein weiterer Vorteil der ZnO ist, dass sie bearbeitet werden können mit verschiedenen Herstellungsverfahren werden. Im Vergleich dazu ITO, die typischerweise aufgesputterten ein kostspieliger, verschwenderischer Prozess, der Grenzflächen-Schaden verursacht. Die gesputterten Schicht ist ebenfalls negativ mit jedem Glühen, Ätzen und Trocknung verursacht Sprödigkeit und Haftung Themen, die alle negativ auf die Performance der Filme beeinflusst. Die Fähigkeit, chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD)-Techniken verwenden ist besonders attraktiv, was zu einer besseren Schritt Abdeckung, höhere Abscheideraten, verbesserte Zusammensetzung Grading und die Beseitigung von Grenzflächen-Schäden. Weniger kostspielig Methoden hinzufügen, um die Attraktivität der Verwendung von ZnO für eine Vielzahl von Anwendungen.
Chancen von Zinkoxid als Halbleiter Beide und Dirigent
Einer der Vorteile von ZnO ist, dass er als Dirigent und ein Halbleiter verwendet werden kann. Während NanoMarkets erwartet knapp 70 Prozent der Anwendungen in diesem Bericht wird zugunsten ZnO als Dirigent, das Potenzial von ZnO als Halbleiter ist sicherlich bemerkenswert. ZnO ist ein guter Leiter wegen seiner ökologischen Stabilität, geringe Widerstandsfähigkeit und hohe Transparenz, keine Erwähnung seiner geringen Kosten und Fülle. Die niedrigen Kosten macht natürlich ZnO attraktiv wie ein Halbleiter. Als Halbleiter gibt es jedoch noch technische Probleme in der Fähigkeit, reproduzierbare, stabile p-Typ-Films zu erreichen.
Eigenschaften von Zinkoxid
Neben Kosteneinsparungen, ZnO bietet die folgenden Eigenschaften.
- Hohe Ladungsträgerbeweglichkeit
- Transparenz
- Wide Band Gap
- Niedrige Temperatur-Prozess
Physikalischen und optischen Eigenschaften von Zinkoxid
Die hohe Ladungsträgerbeweglichkeit wird direkt an Transparenz, die es durchaus möglich ist verbunden ZnO mit bestehenden Silizium-Materialien konkurrieren. Die große Bandlücke ist wichtig, weil es die Möglichkeit der Schaffung von Ultraviolett (UV) LEDs und weißen öffnet LEDs mit überlegenen Farbwiedergabe. Niedrige Temperatur Verarbeitung ist in einigen Anwendungen wie bevorzugte OLEDs . ZnO hat eine direkte Bandlücke von 3,37 eV bei Raumtemperatur und Exzitonen und Biexziton Energien von 60 meV und 15 meV bzw.. Epitaxie wird wahrscheinlich weiter verbessern ZnO ist Exziton Eigenschaften, die sich direkt auf die optischen Eigenschaften in der Photovoltaik und Displays.
Zinkoxide als transparente Halbleiter sind das Interesse vor allem, weil es einen scharfen Sprung in die Notwendigkeit höherer Ladungsträgerbeweglichkeit von transparenten Halbleiter wurde. Der Träger der Mobilität bestimmt transparent TFT Eigenschaften. Das ist jetzt über den Träger der Mobilität von Materialien wie Niedrigtemperatur-Poly-Si (LTPS) und amorphem Si in LCD-Panels verwendet.
Trends in Zinkoxid Manufacturing Process
Transparente Halbleitern wie ITO als GaN und Diamant sind bereits gut bekannt, aber sie kommen bei hohen Materialkosten und die Herstellungsprozesse verwendet werden, um diese Halbleiter vor erhebliche Probleme für den Einsatz in transparenten elektronischen Geräten, die relativ große Bildschirme wie Displays verlangen. Derzeit werden die Materialien bei weitem nicht ideal für einige der am schnellsten wachsenden Anwendungen Branchen, in denen transparente Leiter verwendet werden. Einige brechen, wenn in der aktuellen Generation von Touch-Screen-Displays und es ist wahrscheinlich, dies zu tun in der nächsten Generation rollbaren Displays. Next-Generation-Bildschirme sind große Flachbildschirme, deren Geometrie sich nicht auf ebene Flächen beschränkt, sondern kann auf gewölbten oder zylindrischen Konfigurationen annehmen. Das aktive Element flexible Film-Design auch für Elektrolumineszenz Band, Beschilderungen verwendet werden, für die flexible Klebstoff-on-Displays und für Video-Displays, wie Workstations, HDTV-, Theater-Bildschirmen und Plakaten.
Anwendungen von ZnO als Dirigent
Die meisten der heutigen Anwendungen für ZnO als ein leitfähiger Film. Mit fortschreitender Forschung, um die Prozesse für die Herstellung verfeinern ZnO als dünner Film wird deutlich, dass dieses kostengünstige reichlich Material für eine Reihe von Anwendungen können geeignet sein. Ohne Zweifel sind zeigt die führenden Anwendungen, bei denen ZnO als Ersatz leitendes Material verwendet wird.
Indium-Zinn-Oxid hat der transparenten Leiter der Wahl für viele Display-Anwendungen aufgrund ihrer Kombination von ökologischen Stabilität, relativ niedrigen elektrischen Widerstand und eine hohe Transparenz worden. Allerdings ist ITO weit entfernt von der perfekten Lösung für viele transparenten Leiter braucht, die die Notwendigkeit für ITO ersetzt. Aufgrund der hohen Kosten von Indium und ITO Vertrauen auf Sputtern, ZnO zu einem attraktiven Ersatz. Die meisten Vorschläge für Metalloxid TCOs verzichten auf den Indium insgesamt. Materialien, die für TCOs berücksichtigt wurden auch Variationen Zinn-Oxid oder ZnO , vor allem die letzteren. ZnO-basierten Materialien , die berücksichtigt wurden oder für TCOs sind Zinkoxid selbst, Mg-dotiertes Zinkoxid (MZO), Al-dotierten ZnO ( AZO), Ga-dotierte ZnO (GZO), Al-dotierten MZO (AMZO), Gallium-dotierten ZnO (AGO) und Gallium-dotierten MZO (MMZO). Indium dotierten ZnO wird auch verwendet, obwohl dies natürlich mit sich bringt, die hohen Kosten für Indium. Auch hier braucht es nicht viel zu verstehen, warum ZnO ist attraktiv. ZnO ist kostengünstig, relativ häufig, einfach zuzubereiten, und ungiftig. Der Einsatz von ZnO und Derivate für TCOs hat keinen Einfluss auf den Preis für Zink in den Weg, dass die Verwendung von ITO der Preis für Indium Auswirkungen, weil die Verwendung von ZnO als TCO ist eine unwichtige Anwendung aus der Perspektive der ZnO Unternehmen als Ganzes . Darüber hinaus, mit der möglichen Ausnahme von Ga, sind die meisten der Doping-Materialien mit ZnO verwendet ebenfalls zur Verfügung. Abschließend werden alle Materialien auf Basis ZnO sind thermisch und chemisch stabil.
Photovoltaik und LEDs werden sowohl auf schnell wachsenden Markt der Bahnen und werden immer günstiger Anwendungen für ZnO als eine leitfähige Beschichtung. Mehrere Solarfirmen bauen ihre PV-Technologie auf Kupfer-Indium-Gallium-deselenide (CIGS). Charakteristisch für die CIGS-Verfahren werden alle Unternehmen nutzen Molybdän (Mo) als Rückkontakt durch Sputtern abgeschieden, und die Mehrheit verwenden ZnO hinterlegt wie die Vorderseite wenden Sie sich entweder durch Sputtern oder CVD.
Ein weiterer potenzieller Markt für ZnO als Dirigent ist der Dünnschicht-Batterie-Markt, der stetig wächst. Dünnschicht-Batterien sind am besten geeignet, wo kleine Stromquellen benötigt werden und müssen in einer Vielzahl von Formen und Größen, um in obskuren Platzverschwendung Standorten fit hergestellt werden. ZnO wird derzeit erfolgreich als gedruckte leitfähige Beschichtung für Dünnschicht-Batterien verwendet. Andere heute erfolgreiche Anwendungen für ZnO als eine leitfähige Beschichtung sind EMI und RFI Beschichtungen und Abschirmung.
Anwendungen von ZnO als Halbleiter und andere Anwendungen
Einige der möglichen Anwendungen für ZnO als Dirigent eignen sich auch für ZnO als Halbleiter. Dazu zählen Photovoltaik und LEDs , die günstigen Anwendungen für werden könnte ZnO als Halbleiter. Allerdings gibt es technische Schwierigkeiten noch aus gearbeitet ZnO . Im Hinblick auf Photovoltaik, verlässt die Bandlücke wenig des Sonnenspektrums absorbiert werden. Da die Halbleiter transparent mit Energie kleiner als die Bandlücke leicht sind, sie nur zu absorbieren Photonen mit einer Energie größer als die Bandlücke. ZnO hat eine Bandlücke von 3,37 eV nur sehr wenig des Sonnenspektrums können aufgenommen werden.
ZnO derzeit kämpft, um die Bedürfnisse der Erfüllung LED -Industrie als eine tatsächliche Lichtsender wegen der Notwendigkeit für eine stabile reproduzierbare p-Typ ZnO , sondern eine Reihe von Institutionen zu sein scheinen in der Nähe zur Lösung dieses Problems. Dies ist ein Fall von einer klaren Markt braucht einen technologischen Durchbruch. ZnO bietet Phosphor-freie spektrale Abdeckung mit Quanteneffizienz Annäherung der Nähe von 90 Prozent gekoppelt, so dass es einen attraktiven Ersatz für herkömmliche GaN-LEDs.
Andere Bereiche von Interesse, die noch perfektioniert sind mit ZnO als Low-Cost TFTs für die Anzeige-Backplanes. ZnO-TFTs wird den Weg für eine groß angelegte Makro-Elektronik wie elektronisches Papier, flexible / Wearable-Electronics-und anpassungsfähig 3D-Bildgebung zu ebnen. Flexible Transistoren werden in erster Linie in Aktiv-Matrix-Backplane-Elektronik zeigt in Bezug auf niedrige Spannung Fahrtüchtigkeit verwendet werden.
Gas Überwachungseinrichtungen sind in der Nachfrage nach einem schnell wachsenden Palette von Anwendungen. Metall-Oxid-Basis chemischer Sensoren wurden ausgiebig für die Detektion von giftigen Schadgasen, brennbare Gase und organische Dämpfe eingesetzt. Die wichtigsten Vorteile von chemischen Sensoren sind der günstige Preis, geringe Größe, hohe Empfindlichkeit und einen niedrigen Stromverbrauch. Halbleitenden Metalloxiden SnO2 und ZnO haben als Gassensoren Detektoren untersucht. ZnO hat gezeigt, Eigenschaften der einzigartigen Nanostrukturen wie nanocombs, Nanoringe, nanohelixes / nanosprings, Nanobändern, Nanodrähte und nanocages und Eigenschaften für neuartige Anwendungen wie Sensoren und biomedizinischen Sensoren.
Es gibt andere Märkte, die Aufmerksamkeit von ZnO , einschließlich Spintronik und Smart Textiles. Spintronik ist ein im Entstehen begriffene Bereich Ausnutzung der Spin der Elektronen, anstatt ihre Ladung. Untersuchungen von Kobalt-dotierten Zinkoxid versprechen bei der Bereitstellung einer verdünnten magnetischen Halbleiter dargestellt. Die intelligenten Textilien Industrie, auch den aufkommenden Markt, experimentiert mit ZnO gewachsen Mikroarrays als Teil der flexible Polyester-Filamenten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, ZnO wird als vielversprechendes Material in einer Vielzahl von Anwendungen in der Elektronik entstehen. Die Zahl der Patentanmeldungen von Wissenschaft und Industrie wächst weiter, und es ist die Hoffnung, dass einige der technischen Herausforderungen gelöst werden erlaubt sein ZnO zu werden in der nächsten Generation zeigt, Sonnenkollektoren und Beleuchtung allgegenwärtig.
Technische Probleme mit ZnO
Das größte Hindernis für Datum, die Grenzen ZnO ist Potenzial für bestimmte Anwendungen ist die Fähigkeit, eine stabile kommerziell nutzbares Verfahren für p-Typ zu erreichen ZnO . Trotz jahrelanger Forschung ist die Ursache dieser Probleme noch immer Gegenstand von Kontroversen. Low Verunreinigung Löslichkeit, übermäßige Akzeptor Ionisierungsenergie und mögliche Kompensationsmechanismen gibt im Wesentlichen drei Faktoren, die p-Dotierung von ZnO schwierig.
Deshalb sollte es keine Überraschung, dass es eine Menge von Forschungsaktivitäten durch die Industrie, Universität und Regierung in diesem Bereich kommen. Mehrere Methoden Einbeziehung Pufferschichten, Dotierungen und das Wachstum Techniken werden derzeit untersucht.
Grundsätzlich ist die Forschung ist auf die Tatsache, dass basierten LEDs sowohl positiv als auch negativ geladene halbleitenden Materialien erfordern. In einer LED, wenn ein Elektron ein Loch trifft, fällt es in ein niedrigeres Energieniveau und gibt Energie in Form eines Photons des Lichts.
Die University of California in San Diego (UCSD) und Sanyo Electric Co. sind zwei Unternehmen mit Patenten in diesem Bereich der p-Typ ZnO . UCSD eine p-leitende Nanodrähte aus dotiertem erstellt ZnO -Kristallen mit Phosphor mit CVD. Die Zugabe von Phosphor-Atomen an das ZnO Kristallstruktur hat dazu geführt, p-Typ-Material durch die Bildung eines Mangels komplex, dass die Anzahl der Löcher im Verhältnis zur Zahl der freien Elektronen erhöht. Sanyo Electric hat ein Patent für die Herstellung von p-Typ ausgezeichnet ZnO durch Dotierung ZnO mit einem Alkalimetall und Wasserstoff. Andere Methoden erforscht sind wachsende ZnO -Filme durch MOCVD auf GaN-Wafern.
Zusammenfassung
NanoMarkets Meinung ist, dass die Technologie nur ein paar Jahre davon entfernt, raffiniert, Damit eröffnen sich neue Marktchancen für sich ZnO , vor allem in der LED Raum.
Quelle: "Die Märkte für Zinkoxid in Electronics", Market Report von Nanomarkets
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