透明导电薄膜材料的研究与发展趋势透明导电薄膜材料的研究与发展趋势蔡珣，王振国（上海交通大学教育部高温材料及高温测试重点实验室，上海200030）收稿日期：2004-02-23通讯作者：蔡珣作者简介：蔡珣（1943－），男，浙江松阳人，上海交通大学材料科学与工程学院教授、博士生导师，热处理和表面工程研究所所长。兼任中国仪表材料学会副理事长，中国机械工程材料学会常务理事，中国机械工程学会表面工程学会常务理事，世界热处理和表面工程联合会IFHTSE委员，美国ABIRS理事，92年获国家“有突出贡献的中、青年专家”。摘要：本文简述了透明导电薄膜材料的发展现况和趋势，特别是对目前研究比较活跃的透明导电氧化物（TCO）及金属基复合多层透明导电膜的研究动态。材料设计原理及其应用进行了重点介绍，并就透明导电薄膜材料目前存在的问题及发展方向进行了分析讨论。关键词：透明导电性；氧化物透明导电膜；功函数；相空间；复合多层膜中图分类号：O484.1文献标识码：A文章编号：1011-9731（2004）增刊-0076-071引言随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，高分辨率，大尺寸平面显示器，太阳能电池，节能红外反射膜，电致变色窗等广泛应用，对透明导电薄膜的需求愈来愈大。透明导电薄膜不但要求好的导电性，还要有优良的可见光透光性。从物理学的角度，物质的透光性和导电性是一对基本矛盾。为了使材料具有通常所述的导电性，就必须使其费米球的中心偏离动量空间原点，也就是说，按照能带理论在费米球及附近的能级分布很密集，被电子占据的能级和空能级之间不存在能隙。这样当有入射光进入时，很容易产生内光电效应，光由于激发电子失掉能量而衰减。所以，从透光性的角度不希望产生内光电效应，就要求禁带宽度必须大于光子能量。宽带透明导电氧化物半导体，要保持良好的可见光透光性，其等离子频率就要小于可见光频率，要保持一定的导电性就需要一定的载流子浓度，而等离子频率与载流子浓度成比例。透明导电膜的开发就是基于如何使二者更好的有机统一起来。自从在透明导电氧化物（TCO）中第一次发现透光性与导电性可以共存后，新型TCO的开发及复合多层膜的设计都是围绕着这样一对矛盾体进行的。TCO可通过成分调整实现对带隙结构、载流子浓度和迁移率以及功函数等的控制来使其透光性与导电性矛盾的统一。单一金属膜由于透光性较差使其应用受到限制，因此，常与高折射率的电介质形成复合多层膜，这样就将金属的导电性与消反增透膜的透光性有机的统一起来，后来发展的高折射率TCO与金属的复合也都获得了很好的透光性与导电性匹配。早期研究根据材料的不同可将其分为金属透明导电薄膜、氧化物透明导电薄膜（TCO）、非氧化物透明导电薄膜及高分子透明导电薄膜。本文主要就近年来研究比较活跃的TCO材料及金属基复合多层透明导电膜的发展态势及前景加以评述。2氧化物透明导电薄膜（TCO）1907年Badeker[1]首先报道了Cd膜在辉光放电室沉积氧化后的透明导电现象，也有文献[2]报道Cd的氧化物的透明导电性是在1951年首次报道的。5年后相继有其它宽带氧化物半导体的透明导电性能报告,并将其用于heatedwindows（窗体致热）。又经历10年研究，In2O3:Sn（ITO）薄膜诞生了。当时主要用于减少钠灯热量损失。从20世纪60年代开始，ITO作为主要的透明导电材料而广泛应用。2.1二元及三元TCO材料的发展常用的透明氧化物导电膜有In2O3:Sn（ITO），SnO2:F，ZnO:Al。CdO:In虽然有10电阻率的优异电学性能，但由于其有毒，因此从环保角度其应用受到限制。这类透明导电膜都是通过半导体掺杂贡献载流子来降低其电阻率。cm??5ITO薄膜具有透光性好、电阻率低、易刻蚀和易低温制备等优点。典型的ITO膜的方阻约为10sq?，或者其电阻率在1数量级上，可见光的透射率>80%。但这样的方阻难以适应未来大屏幕平面显示器的要求，虽然增加膜厚可以降低其方阻，但会导致对一定波段光吸收。因ITO的带宽只有2.6eV，在蓝cm?×?410---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---