zao薄膜的研究现状及发展趋势

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1、ZAO薄膜的研究现状及发展趋势2010年01月16日星期六17:331引言在人类社会的科学实验活动中，功能材料总是起着重要的作用，尤其是第二次世界大战以后，材料科学的发展达到了一个高潮，伴随着半导体、计算机、太阳能等产业的发展，相关的一种功能材料——透明导电氧化物薄膜随之产生、发展起来。这种属于半导体光电子材料的薄膜表现出异于一般材料的特异性能(透射、导电)，在压电换能器、光电显示器、太阳能电池、气敏传感器及光波导等方面具有广阔的应用前景，能满足人类在信息时代特定条件下和不同目的的特殊需求。目前市场上，使用的是

2、透明导电氧化物薄膜In2：sn(f1D)，其技术是成熟的，但由于In、sn等材料有自然储量少、制备工艺复杂、成本高、有毒、稳定性差等缺点，从而限制了在实践中的广泛使用，因此，急需一种替代产品问世，以满足人们的需要。ZnO：A1(ZAO)薄膜是迄今为止最佳的ITO膜替代品。二者相比而言，zAO薄膜不仅具有与ITO可比拟的电学和光学特性，而且有储量丰富、易于制造、成本较低、无毒、热稳定性好等优点，因而，从2O世纪7O年代末开始，人们对ZnO薄膜及掺杂体系的研究趣日益浓厚，近年来更成为研究透明导电氧化物薄膜的热点，而

3、ZAO薄膜是ZnO掺杂体系中最具代表性的。2ZAO薄膜的性质透明导电氧化物薄膜有Io3、SnO2、和ZnO三大体系，其性能对比见表1。ZAO薄膜是ZnO体系中掺杂元素A1而得来的。ZnO薄膜具有C轴择优生长的众多晶粒，每个晶粒都是呈生长良好的六角形铅锌矿结构。ZnO晶体是氧的六角密堆积和锌的六角密堆积反向嵌套而成的。这种结构的薄膜具有透明导电性，但电阻值高于l0n·QTI。ZnO晶体中每一个锌原子都位于四个相邻的氧原子所形成的四面体间隙中，但只占据其中半数的氧四面体间隙，氧原子的排列情况与锌原子相同。单位晶格中

4、含有2个分子．体积为0．047651tun3。因而这种结构比较开放，半径较小的组成原子容易变成间隙原子，Al的离子半径为0．039m，比锌的离子半径(0．060nm)4~，A1原子容易成为替位原子而占据zn原子的位置，也容易成为间隙原子而存在。在ZnO中掺杂之后，可以形成ZAO薄膜，导电性能大幅度提高，电阻率可降低到10n·crn。掺杂后，不仅可以降低电阻率，而且能提高薄膜的稳定性。Minarni等_1J制备的ZAO薄膜，可见光透射率达90％，电阻率已降至l0I4n·ClTI。这种性能完全可以与ITO薄膜相媲美

5、。3ZAO薄膜的应用前景看一种产品的应用前景如何，主要从三个方面分析：一是原材料是否丰富，价格是否低廉；二是生产制造是否容易，在生产过程中有无环境污染；三是产品性能是否合乎要求，特别是稳定性要好。根据这三方面的要求，可将目前广泛应用的透明导电膜ITO膜，与ZAO薄膜作以对比分析，从中展现出的ZAO薄膜具有广泛的应用前景。(1)ITO薄膜的主要成分In、Sn自然资源少，特别是In在地层中的储量更少，使得ITO薄膜的生产成本很高；相比而言．组成ZAO薄膜的主体zn、A1在自然界中的储量丰富，生产成本低，具有价格优势

6、。(2)In、sn材料的化学性质比较活泼．制造过程中工艺条件不易控制．技术难度大，另外In、sn的原子量较大，成膜过程中容易渗^衬底材料内部，毒化衬底材料，尤其在液晶显示器中污染现象严重；在这方面，ZAO薄膜具有ITO薄膜无法相比的优越性，无毒、稳定性高、制备技术简单、易于实现掺杂等是ZAO薄膜能够被广泛应用的主要原因。(3)在光、电特性方面，ZAO薄膜的性能可满足当今商用ITO薄膜的一切指标。从分析对比可见，ZAO薄膜应该能取代ITO薄膜，何况目前ZAO已经在某些领域获得应用。(1)液晶显示器。透明导电薄膜是

7、平板显示的基础材料，主要用于液晶显示器。通常对液晶显示器的要求为100～500n／口，电阻率应低于20×10I4n·CITI，目前ZAO薄膜的电学性能完全能达到这个要求．并且不污染液晶显示器。此外，在场致发光显示器(EL)、等离子显示(PD)、有机薄膜显示(OLD)、电致荧光显示(E(D)等平板显示领域里．低电阻率和高透射率的ZAO薄膜将会在底电极部件的制备中被大量采用。(2)热镜。用于热镜的透明导电膜，主要是利用其在可见光区的高透射性和对红外光的高反射性，制成寒冷环境下的视窗或太阳能收集器的观测窗，使能量保持

8、在一封闭的空间里以起到热屏蔽的作用。还可以大量节约能源，可以说ZAO薄膜是制造热镜的最佳材料。另外，还能用作汽车、火车、航天器等的视窗玻璃以及陈列窗的制造，其作用不仅可以隔热节能，而且薄膜通电后，还可以收到防雾除霜的效果。(3)太阳能电池。在太阳能电池上．透明导电膜作为减反射层和透明电极使用，可以提高太阳能的转换效率，如ITO／SiOz／口一Si太阳能电池的转化效率可达13％～16％_