.jpg)
Emner som dekkes
Bakgrunn
Zinc Oxide (ZnO)
Anvendelser av Zinc Oxide
Nåværende Challenge med Zinc Oxide
Fordeler med Zinc Oxide
Muligheter av sink oksid som både Semiconductor og dirigent
Egenskaper til Zinc Oxide
Fysiske og optiske egenskapene av Zinc Oxide
Trender i Zinc Oxide Fabrikasjonsprosess
Anvendelser av ZnO som Dirigent
Anvendelser av ZnO som Semiconductor og andre applikasjoner
Tekniske problemer med ZnO
Oppsummering
Bakgrunn
NanoMarkets er en ledende leverandør av marked og teknologi, forskning og industri analyse for den tynne filmen, organiske og utskrivbare elektronikk bedrifter (som vi refererer til som TOP Electronics.) Siden firmaets grunnleggere, NanoMarkets har publisert over to dusin omfattende forskningsrapporter om nye teknologien markeder. Emner som dekkes har inkludert sensorer, skjermer, OLED, HB-LED, e-papir, RFID, solceller, smart emballasje, roman batteri teknologier, trykt elektronikk , organisk elektronikk, nye minne og lagring teknologier og andre lovende teknologier. Vår kunde vaktliste er en hvem er hvem av selskaper i spesialkjemikalier, materialer, elektronikk applikasjoner og produksjon. NanoMarkets også vert for en blogg på www.nanotopblog.com hvor vi diskuterer teknologiske trender, selskapsmeldinger og bransjens pågående fremgang.
Zinc Oxide (ZnO)
Zinc Oxide ( ZnO ) fremstår som et materiale av interesse for en rekke elektroniske søknader. Den kan brukes i en lang rekke områder, og i motsetning til mange av de materialene som den konkurrerer, ZnO er billig, relativt rikelig, kjemisk stabilt, enkelt å tilberede og ikke-giftig. De fleste av doping materialer som er brukt med ZnO er også lett tilgjengelig.
Anvendelser av Zinc Oxide
I dag, den mest omtalte søknad om ZnO er en ITO erstatning for skjermer og fotovoltaiske paneler, hvor ZnO kunne senke kostnadene for gjennomsiktig dirigenter. Men nye søknader for ZnO er mye bredere enn det. I tillegg til den strømledende natur, ZnO også kan brukes som en halvleder for å lage billig transistorer for disponibel elektronikk eller til og med lave kostnader LEDs . ZnO er også å finne anvendelser i tynn-film batterier og ZnO sin evne til å være manipulert inn interessant nanostrukturer hint på nye søknader nedover veien. ZnO allerede blir tappet i spintronics.
Nåværende Challenge med Zinc Oxide
Må imidlertid tekniske problemer rettes før ZnO er i stand til å nå sitt fulle potensial. En viktig utfordring er at det ennå ingen stabil p-type ZnO halvledere. Tekniske hindrene side, antall patent registreringer av ZnO brukes i elektronikk fortsetter å vokse og NanoMarkets mener at ZnO vil representere et betydelig marked som en elektronisk materiale over de neste åtte årene.
Fordeler med Zinc Oxide
Som nevnt ovenfor, ZnO har flere fordeler fremfor konkurrentene, det er billig, relativt rikelig, kjemisk stabilt, enkelt å tilberede og ikke-giftig. En av de sterkeste markedsmuligheter for ZnO er en kostnadseffektiv erstatning for ITO, som koster (99,99 prosent renhet eller høyere) over $ 700/kg. Kostnaden for indium metall, som i skrivende stund er over $ 1000 / kg, utgjør en stor andel av produksjonskostnadene. Dette sammenlignet med sink, som er handlet på mindre enn $ 1 på London Metal Exchange, og selv om det er en kostnad forbundet med prosessering sink metall i høy renhet sinkoksid pulver, er den totale kostnaden en brøkdel av dagens kostnad av ITO. I tillegg har sin overflod og kjemisk stabilitet gjorde ZnO et materiale av interesse som en erstatning for giftige, dyre GaAn transistorer i LED verdensrommet.
En annen fordel med ZnO er at den kan bli behandlet ved hjelp av ulike produksjonsprosessen. Dette sammenlignet med ITO, som er typisk freste-en kostbar, wasteful prosess som forårsaker grenseflatespenning skade. Den freste laget er også negativt påvirket med hver annealing, etsing og tørking stadium forårsaker skjørhet og adhesjon problemstillinger, som alle negativt påvirke ytelsen av filmene. Muligheten til å bruke kjemisk damp nedfall (CVD) eller metall organiske kjemiske damp nedfall (MOCVD) teknikker er spesielt attraktivt, noe som resulterer i bedre steg dekning, høyere avsetning priser, forbedret sammensetning sortering og eliminering av grenseflatespenning skade. Mindre kostbar prosess metoder legge til attraktivitet bruke ZnO for en rekke bruksområder.
Muligheter av sink oksid som både Semiconductor og dirigent
En av fordelene med ZnO er at den kan brukes som en dirigent og en halvleder. Mens NanoMarkets forventer nær 70 prosent av programmene i denne rapporten vil favorisere ZnO som dirigent, potensialet for ZnO er som en halvleder absolutt bemerkelsesverdig. ZnO er en god dirigent på grunn av miljømessige stabilitet, lav resistivitet og høy transparens, ikke å nevne sin lave kostnader og overflod. De lave kostnadene gjør naturlig ZnO attraktive som en halvleder. Som en halvleder men det er fortsatt tekniske problemer i evnen til å oppnå repeterbare, stabil p-type film.
Egenskaper til Zinc Oxide
I tillegg til kostnadsbesparelser, ZnO tilbyr følgende egenskaper.
- Høy carrier mobilitet
- Åpenhet
- Wide bandet gap
- Lav temperatur prosess
Fysiske og optiske egenskapene av Zinc Oxide
Den høye carrier mobilitet er direkte knyttet til åpenhet, som gjør det fullt mulig for ZnO å konkurrere med eksisterende silisium materialer. Den brede bånd gapet er viktig fordi det åpner muligheten for å skape Ultra Violet (UV) lysdioder og hvite lysdioder med overlegen farge renhet. Lav temperatur behandling foretrekkes i noen applikasjoner som OLED . ZnO har et direkte bånd gap energi 3,37 eV ved romtemperatur, og exciton og biexciton energier på 60 MeV og 15 MeV, henholdsvis. Epitaxy vil sannsynligvis ytterligere forbedre ZnO er exciton egenskaper, som direkte er relatert til de optiske egenskapene i Solcellepanel og skjermer.
Sink oksider som gjennomsiktig halvledere er å tiltrekke interesse hovedsakelig fordi det har vært en kraftig hopp i behovet for høyere carrier mobilitet av gjennomsiktig halvledere. Transportøren mobilitet avgjør gjennomsiktig TFT egenskaper. Dette er nå overstiger carrier mobilitet av materialer som lav temperatur poly-Si (LTPS) og amorfe Si brukt i LCD-paneler.
Trender i Zinc Oxide Fabrikasjonsprosess
Transparent halvledere som ITO som Gan og diamant er allerede godt kjent, men de kommer ved høye materialkostnader, og produksjonsprosesser brukes til å gjøre disse halvledere medføre betydelige problemer for deres bruk i gjennomsiktig elektroniske enheter, som krever relativt store skjermer som skjermer. Foreløpig materialene er langt fra ideelt for noen av de raskest voksende bruksområder sektorer hvor gjennomsiktig ledere er brukt. Noen sprekk når det brukes i den nåværende generasjonen av touch screen skjermer og det er sannsynlig å gjøre det i neste generasjons Trillbar skjermer. Neste generasjons skjermer omfatter store flatskjermer som geometri er ikke begrenset til flate overflater, men kan ta på buede eller sylindriske konfigurasjoner. Den aktive element fleksibel film design også kan brukes til elektroluminiserende tape, skilting, for fleksible lim-på skjermer og for video viser for eksempel arbeidsstasjoner, HDTV, teater skjermer og reklametavler.
Anvendelser av ZnO som Dirigent
De fleste av dagens applikasjoner for ZnO er som en ledende film. Som forskning fortsetter å forbedre prosessene for produksjon ZnO som en tynn film er det blitt klart at dette billig rikelig materiale kan være egnet for en rekke applikasjoner. Uten tvil, viser er den ledende programmet der ZnO brukes som en erstatning ledende materiale.
Indium tinn oksid har vært gjennomsiktig dirigent for valget for mange vise bruksområder på grunn av sin kombinasjon av miljømessige stabilitet, relativt lav elektrisk motstand og høy transparens. Imidlertid er ITO langt fra den perfekte løsningen for mange gjennomsiktig dirigent trenger driver behovet for ITO substitutter. På grunn av de høye kostnadene ved indium og ITO avhengighet sputtering, ZnO blir en attraktiv erstatning. De fleste forslag til metalloksid TCOs dispensere med indium helt. Materialer som har blitt ansett for TCOs omfatte variasjoner på tinn oksid eller ZnO , spesielt sistnevnte. ZnO-baserte materialer er som har vært vurdert eller brukt for TCOs sink oksid selv, Mg-dopet sinkoksid (MZO), Al-dopet ZnO ( AZO), Ga-dopet ZnO (GZO), Al-dopet MZO (AMZO), gallium-dopet ZnO (AGO) og gallium-dopet MZO (MMZO). Indium dopet ZnO brukes også, selv om dette selvfølgelig bringer med seg de høye kostnadene ved indium. Igjen, det tar ikke mye å forstå hvorfor ZnO er attraktiv. ZnO er billig, relativt rikelig, enkel å tilberede, og ikke-giftig. Bruken av ZnO og derivater for TCOs påvirker ikke prisen på sink på den måten at bruk av ITO påvirker prisen på indium fordi bruken av ZnO som TCO er en uviktig søknad fra perspektivet til ZnO virksomheten som helhet . I tillegg, med mulig unntak av Ga, mesteparten av doping materialer med ZnO er også lett tilgjengelig. Til slutt, alle materialer basert på ZnO er termisk og kjemisk stabilt.
Solcellepanel og LED er begge på høy vekst i markedet baner og blir gunstige bruksområder for ZnO som et ledende belegg. Flere solenergiselskaper baserer sin PV-teknologi på kobber indium gallium deselenide (CIGS). Karakteristisk for CIGS prosessen, alle selskapene bruker molybden (Mo) som back kontakt deponert av sputtering, og flertallet bruker ZnO avsatt som fronten kontakt enten ved sputtering eller CVD.
Et annet potensielt marked for ZnO som dirigent er tynn-film batteri marked som vokser stadig. Thin-film batterier er best egnet der små strømkilder er nødvendige og må være produsert i en rekke former og størrelser for å passe inn i obskure bortkastet plass steder. ZnO blir nå brukt som en trykt ledende belegg for tynn film batterier. Andre dag vellykkede bruker for ZnO som et ledende belegg inkluderer EMI og RFI belegg og skjerming.
Anvendelser av ZnO som Semiconductor og andre applikasjoner
Noen av de mulige bruksområder for ZnO som dirigent også egner seg til ZnO som en halvleder. Disse inkluderer Solcellepanel og lysdioder , som kan bli gode søknader om ZnO som en halvleder. Men det er tekniske problemer fortsatt jobbet ute for ZnO . Med hensyn til solceller, forlater bandet gapet litt av solspekteret å bli absorbert. Siden halvledere er gjennomsiktige til lys med energi mindre enn bandet gap, de bare absorberer fotoner med energi større enn bandet gap. ZnO har en bandgap av 3,37 eV forlate svært lite av solspekteret stand til å bli absorbert.
ZnO sliter i dag for å oppfylle behovene til LED- bransjen som en faktisk lys emitter på grunn av behovet for stabile repeterbar p-type ZnO , men en rekke institusjoner synes å være nær å løse dette problemet. Dette er et tilfelle av en klar markedsleder i behov av et teknologisk gjennombrudd. ZnO tilbyr fosfor-fri spektral dekning kombinert med Quantum effektivitet nærmer nær 90 prosent, noe som gjør det til et attraktivt erstatning for tradisjonell Gan lysdioder.
Andre områder av interesse som fortsatt blir perfeksjonert inkluderer bruk ZnO som lavpris TFTer for visning bakplan. ZnO-TFTer vil bane vei for store makro-elektronikk som elektronisk papir, fleksibel / bærbar elektronikk og formbar 3D avbildning. Fleksibel transistorer vil primært bli brukt i aktiv-matrise bakplan elektronikk av skjermer i form av lav spenning kjøring evne.
Gass overvåking enheter er i etterspørselen etter et raskt voksende spekter av applikasjoner. Metalloksid basert kjemiske sensorer har vært brukt mye for påvisning av giftige forurensende gasser, brennbare gasser og organiske damper. De viktigste fordelene med kjemiske sensorer er deres lave pris, liten størrelse, høy følsomhet og lavt strømforbruk. Halvledende metalloksider SnO2 og ZnO har vært utforsket som gass-sensing detektorer. ZnO har vist egenskaper unike nanostrukturer som nanocombs, nanorings, nanohelixes / nanosprings, nanobelts, nanotråder og nanocages og egenskaper for romanen applikasjoner som sensorer og biomedisinsk svingere.
Det er andre markeder tiltrekke seg oppmerksomheten til ZnO , inkludert spintronics og smarte tekstiler. Spintronics er en spirende felt utnytte spin av elektroner i stedet for sine kostnader. Undersøkelser av kobolt-dopet sinkoksid har vist lovende i å gi en utvannet magnetisk halvleder. Den smarte tekstiler industrien, også et gryende marked, eksperimenterer med ZnO vokst microarrays som en del av fleksible polyesterfilamenter.
For å oppsummere, ZnO fremstår som et lovende materiale i en rekke av elektronikk applikasjoner. Antallet patent registreringer av akademia og industrien fortsetter å vokse, og det håper at noen av de tekniske utfordringene skal løses slik at ZnO å bli allestedsnærværende i neste generasjons skjermer, solcellepaneler og belysning.
Tekniske problemer med ZnO
Den mest alvorlige hindringen til dags dato, noe som begrenser ZnO er potensial for enkelte programmer, er evnen til å oppnå en stabil kommersielt levedyktig prosess for p-type ZnO . Til tross for flere års forskning, er årsaken til disse problemene fortsatt gjenstand for kontroverser. Lav urenhet oppløselighet, overdreven akseptor ionisering energi og eventuelle kompenserende mekanismer er tre hovedfaktorer som gjør p-type doping av ZnO vanskelig.
Derfor bør det ikke komme som noen overraskelse at det er mye forskningsaktivitet av industrien, universitetet og regjeringen i dette området. Flere metoder omfatter buffer lag, dopants og vekst teknikker blir undersøkt.
Fundamentalt forskningen er basert på det faktum at lampene krever både positivt og negativt ladet halvledende materialer. I en LED, når et elektron treffer et hull, faller det inn et lavere energinivå og frigjør energi i form av et foton av lys.
University of California i San Diego (UCSD) og Sanyo Electric Co er to selskaper med patenter på dette området av p-type ZnO . UCSD har opprettet p-type nanotråder fra dopet ZnO krystaller med fosfor å bruke CVD. Tilsetning av fosfor atomer til ZnO krystallstrukturen har ført til p-type materiale gjennom dannelsen av et defekt kompleks som øker antall hull i forhold til antall frie elektroner. Sanyo Electric har blitt tildelt et patent for fabrikasjon av p-type ZnO av doping ZnO med alkali metall og hydrogen. Andre metoder utforskes inkludere voksende ZnO filmer av MOCVD på Gan wafere.
Oppsummering
NanoMarkets oppfatning er at teknologien er bare et par år unna å være raffinert, som vil åpne nye markedsmuligheter for ZnO , spesielt i LED verdensrommet.
Kilde: "Markets for Zinc Oxide i Electronics", Market Report fra NanoMarkets
For mer informasjon om denne kilden besøk NanoMarkets