氧化銦錫（Indium Tin Oxide）

氧化銦錫（Indium Tin Oxide）
臺北市立第一女子高級中學二年級黃詩婷/臺北市立第一女子高級中學化學科江慧玉老師

一、透明卻能導電，是「透明電極」的材料

「透明電極」是液晶顯示器不可或缺的零件，因為液晶顯示器的構造，是在發光層的正前方設置電極。

一般而言，透明和導電是無法同時成立的。例如，普通的玻璃是透明的，但是它不導電；而金屬會導電，但是它不透明。

1954 年，德國的 G. Rupprecht 博士開發了透明電極。他在透明的「氧化銦」化合物中，添加 $$5$$～$$10\%$$ 的錫，成功地導電了。該化合物稱為 ITO（Indium Tin Oxide：氧化銦錫），幾乎所有的液晶顯示器都使用 ITO 的透明電極。

未來全世界液晶顯示器的用量將會持續增加，且作為發電效率（轉換效率）比現在矽晶太陽能電池的「CIGS 太陽能電池」的材料，銦受矚目的程度越來越高，將來它的需求量可望日益攀升。此外，銦的豐度是大約平均 $$1$$ 公噸地殼中，只有 $$0.05$$ 公克左右。在本質上，它就是一種稀有金屬。雖然一般認為它沒有立即枯竭之虞，但是放眼未來，還是必須持續開發可取代銦的材料。

二、光能通過、電能通過，絕妙的原子行為

金屬能夠導電，是因為電子可以在金屬原子間自由移動，然而光也因此無法透過金屬。光照射時，自由移動的電子一接觸到光，就會將光反射回去。

而金屬與氧結合所成的物質（氧化物），若製成薄板，大多是透明的。透明的金屬氧化物很常見，不過絕大部份的金屬氧化物都無法導電，因為位在金屬原子間的氧原子將電子通道遮斷了。

但是有些金屬氧化物如果加入多餘電子就會導電，包括鎘（Cd）、銦（In）、鋅（Zn）、錫（Sn）的氧化物。在這些氧化物中，金屬原子的電子雲（電子的分布區域）遠比氧原子分布得還要廣，而且重疊在一起，因此電子可以在電子間移動。

添加電子的方法有二個：

1. 將原子序號大一號（電子數多一個，例如錫對銦）的元素當作雜質混入。這樣一來，錫多一個的電子加入銦中，銦的電子雲就會擴大。
2.  將氧原子移除。在少氧的環境中，將 ITO 利用高溫加熱，使之失去氧原子，留下 $$2$$ 個電子。該電子加入銦中，也會讓電子雲擴大。

參考文獻：

1. 《產業的生命線——稀有金屬與稀土》，Newton量子科學雜誌，第44號，2011年6月
2. 氧化銦錫- 維基百科，自由的百科全書 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%93%9F%E9%94%A1