Indium tin oxide (ITO) coating on cylindricalsurfaces: Electrical and structural characterization

Abstract

Optical transparent conductive oxides (TCOs) which were discovered in the first quarter of twentieth century, and which belong to the class of semiconductor elements, are the constituent of today’s and future technology thanks to the high optical transparency ( ≥ % 85) they have in the visible region (390- 700 nm), and to the low electrical resistivity they have (10-4 ohm.cm). One of the most common usage of optical transparent conductive oxides; which have a quite extensive application area from transistors to solar panels, from flexible screens to OLEDs; is the textile materials known as smart clothes. The use of TCOs in textile materials, generally occurs by means of electrochromic structures that have the feature of changing color. In the most general sense, electrochromic structures can be defined as the materials that change their colors, which they gain thanks to reduction and oxidation reactions under a low potential difference of 1.5 – 5V, as a transition from one color state to another or from colorless state to color state. Even though they differ according to their area of utilization, electrochromic structures are generally consisted of seven layers as; Surface / conductive thin film (TCO) / Electrolyte film / Ionic conductive layer / Opposite electrolyte film / Conductive thin film (TCO) / and Surface. Electrical conductor and optical transparent indium doped tin oxide (ITO) film that are of vital importance in electrochromic fiber structures, were deposited on the fiber surface along with the specially-designed magnetic sputter in order to coat the cylindrical surfaces within the scope of the thesis. Film deposition was repeated by replacing the ionizing gas (Ar) flow rate and the energy applied. While the structural characterization of thin films was carried out by means of optical microscope and scanning electron microscope (SEM), electrical characterization of deposited thin film, was carried out by a multi-meter (Ohm meter). In addition, the thickness of thin film that was magnified on the surface of the fiber, was calculated by SEM particularly, and also by different methods. As a result of the analyzes carried out, it was observed that ~ 40 sccm ionizing gas flow rate, 90 W applied energy, and 119 cm/min fiber feed rate increased the quality of the thin film acquired.

Keşfi yirminci yüzyılın ilk çeyreğine dayanan ve yarı iletken elementler sınıfına ait olan optik geçirgen iletken oksitler (TCOs), görünür bölgede (390- 700 nm) sergiledikleri yüksek optiksel geçirgenlik ( ≥ % 85 ) ve sahip oldukları düşük elektiriksek direnç (10-4 ohm.cm) sayesinde günümüz ve gelecek teknolojisinin yapı taşı olma niteliğindedir. Transistörlerden güneş panellerine, bükülebilir ekranlardan OLED lere kadar oldukça geniş bir uygulama alanına sahip olan optik geçirgen iletken oksitlerin en yaygın kullanım alanlarından biri de akıllı kıyafetler olarak bilinen tekstil malzemeleridir. TCO ların tekstil malzemelerinde kullanımı genel olarak renk değiştirme özelliğine sahip elektrokromik yapılar vasıtasıyla olmaktadır. Elektrokromik yapılar en genel anlamda 1.5 – 5 V luk düşük bir potansiyel fark altında indirgenme ve yükseltgenme reaksiyonları neticesinde sahip oldukları renkleri bir renk durumundan diğer bir renk durumuna geçiş ya da renksiz halden renkli duruma geçiş olarak değiştiren malzemeler olarak tanımlanabilmektedir. Her ne kadar uygulama alanına göre farklılık gösterse de en genel anlamıyla elektrokromik yapılar; Yüzey / İletken ince film (TCO) / Elektrolit film / İyonik iletken katman / Karşıt elektrolit film / İletken ince film (TCO) / Yüzey olarak yedi katmadan oluşmaktadır. Tez kapsamında elektorokromik fiber yapılarda hayati öneme sahip olan elektiriksel iletken ve optik geçirgen indiyum katkılı kalay oksit (ITO) film silindirik yüzeyleri kaplamak için özel olarak tasarlanılmış manyetik saçtırıcı ile fiber yüzeye kaplanmıştır. Film büyütme, iyonlaştırıcı gaz (Ar) akış hızının ve uygulanan güç miktarının değiştirilmesi ile tekrarlanmıştır. Elde edilen edilen ince filmlerin yapısal karakterizasyonu optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) vasıtasıyla yapılmış olup, büyütülen ince filmin elektiriksel karakterizasyonu multi metre (Ohm metre) kullanılarak yapılmıştır. Ayrıca lif yüzeyinde büyütülen ince filmin kalınlığı SEM görüntüleri başta olmak üzere çeşitli yöntemlerle hesaplanmıştır. Yapılan analizler neticesinde iyonlaştırıcı gaz akış hızının ~ 40 sccm, uygulanan güç miktarınının ~ 90 W ve lif ilerleme hızının 119 cm/dk olması elde edilen ince filmin niteliğini artırdığı görülmüştür.