氧化物透明导电薄膜研究进展综述

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1、本科毕业设计说明书氧化物透明导电薄膜研究进展综述DevelopmentofTransparentConductiveOxideFilms学院（部）：名称规范，简称要规范，如机械工程学院，楷体，三号字，行间距为1.5倍。专业班级：如机设04—1，先写专业，接着写班级，简称要规范。学生姓名：指导教师：姓名（含职称，如张三教授）年月日完稿时间。18氧化物透明导电薄膜研究进展综述摘要通过介绍TCO薄膜的功能原理和制备工艺以及现实应用，了解TCO薄膜的特点、作用、研究现状，并由此对TCO的发展前景和研究方向做出总结。关键词:透明导电机理；制备工艺

2、；发展前景；TCO18DEVELOPMENTOFTRANSPARENTCONDUCTINGOXIDEFILMSABSTRAC　　Inthispaper,AcrosstodescribethetransparentconductingmechanismandthelatestresearchingprogressinpreparationmethodsofTCOthinfilms,tolookintothedistancethefutureandactonofTOC.Furthermoresummarizedtheprogressandr

3、esearchofTCOthinfilms.KEYWORDS:thinoxidefilms,transparent,preparationmethods,TCO18目录18绪论TCO薄膜分为P型和N型两种。TCO现如今被广泛应用于高温电子器件、透明导电电极等领域，如太阳能电池、液晶显示器、光探测器、窗口涂层等多个领域。目前，已经商业化应用的TCO薄膜主要是InO：Sn(ITO)和SnO：F(FTO)2类，ITO因为其透明性好，电阻率低，易刻蚀和易低温制备等优点，一直以来是显示器领域中的首选TCO薄膜。然而FTO薄膜由于其化学稳定性好，生

4、产设备简单，生产成本低等优点在节能视窗等建筑用大面积TCO薄膜中，在应用方面具有很大的优势。1TCO薄膜的特性及机理研究1.1　TCO薄膜的特性一般意义上的TCO薄膜具有以下两种性质:(1)电导率高σ,>103Ω-1?cm-1。TCO主要包括In、Sb、Zn、Cd、Sn等金属氧化物及其复合多元氧化物,以氧化铟锡(IndiumTinOxide简称ITO)和氧化锌铝(AluminumdopedZincumOxide简称AZO)为代表,其具有显著的综合光电性能。(2)在可见光区(400～800nm)透射率高,平均透射率Tavg>80%;TCO

5、薄膜综合了物质的透明性与导电性的矛盾。透明材料的禁带宽度大(Eg>3eV)而载流子(自由电子)少,导电性差;而另一方面,导电材料如金属等,因大量自由电子对入射光子吸收引发内光电效应,呈现不透明的状态。为了使金属导电氧化物更好的呈现一定的透明性,必须使材料费米半球的中心偏离动量的空间原点。按照能带理论,在费米能级附近的能级分布是很密集的,被电子占据的能级(价带)和空能级(导带)之间不存在能隙(禁带)。入射光子很容易被吸收从而引起内光电效应,使其可见光无法透过。克服内光电效应必须使禁带宽度(Eg)大于可见光光子能量才能够使导电材料透明。利用

6、“载流子密度”的杂质半导体技术能够制备出既有较低电阻率又有良好透光性的薄膜。现有TCO薄膜的制备原理主要有2种:替位掺杂和制造氧空位。TCO薄膜为晶粒尺寸几十至数百纳米的多晶层,晶粒择优取向。晶粒尺寸变大,载流子迁移率因晶界散减少而增大,导电性增强;同时晶粒长大会导致薄膜表面粗糙度增大,光子散射增强,透光性下降。目前研究较多的有ITO(Sn∶In2O3)、AZO(Al∶ZnO)与FTO(F∶SnO2)。半导体机理为化学计量比偏移和掺杂,禁带宽度大并随组分的不同而变化。光电性能依赖金属的氧化态以及掺杂的特性和数量,具有高载流子浓度(101

7、8～1021cm-3)和低载流子迁移率(1～50cm2V-1s-1),可见光透射率可高达80%～90%。1.2TCO薄膜的机理1.2.1TCO薄膜的光学机理18光学透射率是表征TCO薄膜的重要指标之一,目前有可见光平均透射率、单长透射率和分光光谱等表征方法。研究表明,TCO薄膜透射光波长的短波极限由能隙禁带宽λπhc/Eg,式中λ度决定[3](0=20为本征吸收边,E为禁带宽度),使得波长小于λ0光子将被吸收后激发价带的电子到导带二形成。1.2.2.TCO薄膜的电导机理电导率是表征TCO膜的另外一个重要指标,主要由载流子σ=qnμ,式中

8、σ为电导率,q为载流子浓度和霍尔迁移率决定(电量,n为载流子浓度μ,为霍尔迁移率)。TCO薄膜的高电导率主要取决于它的高载流子浓度,载流子主要由非化学计量性缺陷结构[5]和掺杂效应[6]等提供。非化学计量性