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透明导电氧化物薄膜玻璃

发布时间:2016/7/6

透明导电氧化物薄膜是应用最广泛的透明导电膜。最早的TCO薄膜是通过溅射金属Cd薄 膜,再经过空气中的不完全氧化得到的CdO薄膜。薄膜的导电率随着氧化时间的变化而变化, 说明氧化物的缺氧正好向氧化物导带底附近的金属缺陷能级提供了自由载流子,氧化物是通过自 由载流子导电的。这种导电机理的金属氧化物属于n型电导,它提供的电荷补偿电子可以从缺陷 能级激发到金属氧化物的导带。研究表明,很多单元、二元、三元和四元金属氧化物体系都属于 这种导电机理。这些薄膜的可见光透过率非常好,但是,其导电性仍然大大低于金属膜。随后, 出现了 P型导电的金属氧化物膜,其缺陷能级靠近金属氧化物的价带。在这种材料中,电子激发 到缺陷能级,同时在价带产生空穴,从而产生电导。得到的薄膜同样有很好的可见光透过率,但 是,由于固体价带中的空穴迁移率低,其电导率很低,甚至比n型金属氧化物更低。

金属氧化物体系导电机理的另一种描述是localized charge states (极化子),通过跳跃机制在

晶格中传输。共轭聚合物中,吸电子基团,如碘,会从碳碳双键网络中吸取电子,从而在聚合物 链中形成localized charge states (空穴)。这些trapped charge states受到热激发沿着聚合物链产生运动,同时又受到聚合物结构上的动力学扰动,这两方面作用下产生了电导。在金属氧化物体 系中,金属阳离子和阳离子的强共价键之间也存在类似的机理。金属氧化物的电导率大大超过了 P型自由载流子导电的氧化物。但是,这种极化子模型在解释混合金属氧化物体系仍然存在争议。

      通常使用这一品质因素来评价不同TCO材料的相对性能,并且品质因素与波长有关。式 (20-47)中的影响因素与过程条件密切相关,因而与材料的固有结构和缺陷化学密切相关。所 以,对于高光学散射材料,由于多晶结构的存在,电荷载流子在晶界处的散射会降低电荷的迁移 率,从而使透射率减小,电阻增大。品质因素是定量描述具有相似结构的TCO的性能的重要 指标。

为了满足较高的可见光透过率,要求氧化物材料要有比较宽的光学带隙,一般应大于3eV。 为了提高薄膜的电导率,必须使其组分偏离理想化学配比,并采用掺杂的方法提高载流子浓度。 到目前为止,TCO材料体系主要包括In、Sn、Zn、Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜,以及 掺杂体系 Sn02 : F (FT〇)、Sn〇2 : Sb、ln203 : Sn (ITO)、ZnO : A1 (ZAO)等。TCO 膜的光

电性能依赖于金属的氧化态以及掺杂元素的特征和数量。与金属透明导电膜相比,丁CO膜具有 可见光透过率高、电阻率低、结构稳定等优点。目前的研究主要集中在Sn02基、ln203基以及 Zn〇基透明导电膜,而掺锡In23 (indium tin oxide, ITO)薄膜又是当前研究和应用最广泛的透明导电薄膜。

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