李红霞 等:氧化物透明导电膜的研究进展
1091
氧化物透明导电膜的研究进展*
李红霞,刘
宏,王继扬,李
霞,崔红梅
(山东大学 晶体材料国家重点实验室,山东 济南 250010) 摘 要:介绍了透明导电薄膜主要的种类及发展过 显著,通常厚度在 3~15nm 之间.当厚度超过 20nm 后,光学透过率急剧下降.而氧化物透明导电膜不存 在类似于金属的厚度限制.因此,我们有必要对氧化 物透明导电薄膜作进一步的介绍. 透 明 导 电 氧 化 物 薄 膜 ( transparent conductive oxide 简称 TCO)主要包括 In,Sb,Zn 和 Cd 的氧化 物及其复合多元氧化物薄膜材料,同时,人们还开发 了 Zn2SnO4,In4Sn3O12,MgIn2O4,CdIn2O4 等多元透 明氧化物薄膜材料. TCO 最早出现于 20 世纪初, 1907 年 Badeker 首次制成了 CdO 透明导电薄膜, 从此引发 了透明导电薄膜的开发与利用.1950 年前后出现了 SnO2 基和 In2O3 基薄膜.ZnO 基薄膜兴起于 20 世纪 80 年代[2].目前研究较多的是 ITO(In2O3:Sn) ,ATO (Sn2O:Sb)和 AZO(ZnO:Al). 2.1 二氧化锡基薄膜 二氧化锡膜一般为多晶薄膜,具有正四面体的金 红石结构(a=0.4738nm,c=0.3188nm) .它是一种 n 型半导体,一般处于简并或接近于简并状态.具有如 下的特点: (1)硬度大(按照莫氏标度为 7~8)(2) ; 稳定性极高,且具有极强的耐化学腐蚀性; (3)对玻 璃和陶瓷的附着力很强,可以通过化学键与衬底结 合.它是最早获得商业应用的透明导电材料[3].由于 纯的二氧化锡薄膜性能不及掺杂后的二氧化锡基薄 膜,因而现在得到广泛应用的是掺杂的二氧化锡薄 膜,掺杂效果最好的是掺锑(ATO)和氟(FTO) . 另外掺磷,砷等均有人做过试验[4]. 2.2 三氧化二铟基膜 三氧化二铟膜一般也为多晶薄膜, 呈体心立方铁 经过近一个世纪的研究,目前透明导电薄膜主要 有:金属膜系,透明导电氧化物膜系,高分子膜系, 复合膜系,其他化合物膜系等.各种透明导电薄膜材 料中能够满足电阻率小于 10 ·cm,可见光波段透
-3
程, 对氧化物透明导电薄膜的不同的制备工艺作了比 较,并概括了氧化物透明导电薄膜的应用领域;在对 氧化物透明导电薄膜的最新研究进展进行综合评述 的同时, 提出了透明导电薄膜的研究方向和目前亟待 解决的问题. 关键词:导电率;透过率;制备工艺 中图分类号:Q484.4+2 文献标识码:A 文章编号:1001-9731(2004)增刊-1091-03
1
引
言
一般的导电材料如金属和合金基半导体均为不 透明材料,但在实际应用中,如利用纵向电光效应制 作电光 Q 开关中, 要求某些材料, 特别是薄膜材料在 导电的同时,能够透过所需特定波段的光,这一类薄 膜即为透明导电薄膜. 一般而言透明导电膜是指: 1)对可见光 ( ( λ=380～780nm)的光透射率高; (2)电导率高. 确切地说,可见光的平均透过率 Tavg> 80%,电阻率 在 10-3Ω·cm 以下的薄膜才能成为透明导电膜.透 明就意味着材料的能带隙宽度大 g>3eV) (E 而自由电 子少;另一方面,电导率高的材料又往往自由电子多 而不透明. 只有能同时满足这两种条件的材料才可能 用以制备透明导电膜, 这就从理论和工艺上给人们提 出了需要解决的问题[1].
2
氧化物透明导电膜的种类和发展
锰矿结构(a=0.10118nm) .三氧化二铟是一种 n 型半 导体,理论意义上的纯 In2O3 薄膜电阻很大,几乎不 导电,但是通过掺杂能够有效的改变薄膜的导电率. 它具有如下的特点: (1)导电性能好; (2)膜的刻蚀 比氧化锡膜容易,稳定性较好; (3)成本较高; (4) 用于半导体光电器件存在铟扩散问题. 掺锡的三氧化
过率大于 80%的是金属薄膜和氧化物薄膜. 金属透明 导电薄膜的光学透过率和电阻率受厚度的影响非常
* 基金项目:教育部重点研究计划资助项目(03104) 收稿日期:2004-02-23 通讯作者:刘 宏 作者简介:李红霞(1978-) ,女,博士,主要从事功能性氧化物制备及性能研究. (E-mail:hxli@icm.sdu.edu.cn)
1092
功
能
材
料
2004 年增刊(35)卷

下一页