透明导电薄膜研究进展.docx

氧化锌基透明导电薄膜研究汇报人：卢龙飞导师:齐暑华学号：2014201921摘要：本文简要介绍了氧化锌基导电薄膜的基本特征、发展近况，并对其前景进行了展望。关键词:氧化锌 导电薄膜 参杂Progess in research of ZnO based transparent conductinve filmsAbstract : Basic traits and latest development of ZnO based conductive thin films are introduced in this paper, and the prospect of ZnO conductive films was also forecased.Keywords: ZnO conductive thin films doping0．引言透明导电氧化物薄膜(transparent conductive oxide films)[1-3],简称TCO,由于本身的透明性和导电性,迅速发展成为重要的功能薄膜材料,在透明电极(太阳能电池、显示器、发光二极管LED、触摸屏等)、面发热膜(除霜玻璃)、红外反射族(汽车贴膜、建筑窗坡璃)、防静电膜、电磁屏蔽膜、电致变色密、气敏传感器、高密度存储、低波长激光器、光纤通信等领域得到广泛的应用透明导电材料是一类对可见光具有高透光率，同时又具有高导电率的特殊材料 由于其特有的光电性能，透明导电材料在电子信息技术光电技术新能源技术以及国防技术中具有广泛的应用[4-7] 。自20世纪80年代以来，人们开始关注Zn O薄膜。 相比氧化铟锡(ITO)而言，ZnO具有原材料廉价无毒沉积温度低等优点，并且在H2等离子体环境下具有更好的稳定性 尽管ITO薄膜目前仍是工业化应用最多的透明导电材料，但研究表明，在Zn O中通过掺杂Al、 Ga、 In等元素能有效提高薄膜光电性能，未来有望替代ITO成为最具竞争力的透明导电材料早期研究者大多在硬质材料衬底如硅片玻璃陶瓷上制备Zn O基透明导电薄膜。 然而，科学技术的发展，越来越多的电子器件开始朝柔性化超薄化方向发展，比如触摸屏太阳能电池等，使得对柔性透明导电薄膜的需求日益迫切柔性透明导电薄膜有许多独特优点，例如可绕曲质量小不易碎易于大面积生产成本低便于运输等。 因此，开发具有实用前景并且性能优异的柔性透明导电薄膜具有非常重要的现实意义。1.ZnO基本特征氧化锌（ZnO, Zinc Oxide）是一种新型的宽带隙 II-VI 族化合物半导体材料，兼具有光电、压电、热电以及铁电等特性，可以方便地制备成薄膜以及各种形态的纳米结构。ZnO主要有四方岩盐矿立方闪锌矿和六方纤锌矿3种结构， 通常情况下以纤锌矿结构存在，属六方晶系热稳定性好熔点1975℃ ，常温下禁带宽度为3.37eV对应于近紫外光阶段，作为一种压电材料，具有激活能大（60 meV）、压电常数大、发光性能强、热电导高等特点[8]。ZnO存在很多浅施主缺陷主要有氧空位V0和锌间隙Znｉ，使得ZnO偏离化学计量比表现为ｎ型本身就有透明导电性，但高温下400K 电稳定性不好同时红外反射率较低。ZnO 有较大的耦合系数；ZnO 中掺杂 Li 或 Mg 时可作为铁电材料；ZnO 与 Mn 元素合金化后是一种具有磁性的半导体材料；高质量的单晶或纳米结构 ZnO 可用于蓝光或紫外发光二极管（LEDs）和激光器（LDs）；通过能带工程，如在 ZnO 中掺入适量的 MgO 或 CdO 形成三元合金，可以实现其禁带宽度在 2.8~4.0 eV 之间的调控。通过掺杂 III 族元素（B、Al、Ga、In、Sc、Y）或 IV 族元素（Si、Ge、Ti、Zr、Hf）以及 VII 族元素（F）之后，ZnO 有优良的导电性，同时也有可见光高透过性，可用作透明导电氧化物薄膜材料，应用于平板显示器、薄膜太阳电池等多个领域[9]。ZnO 基薄膜在氢等离子气氛下的化学稳定性良好，并且原材料丰富、价廉、无毒，所以近年来 ZnO 基透明导电薄膜被研究应用于薄膜太阳电池的透明电极[10]。2.透明导电薄膜一般意义上的透明导电薄膜是指:(1)对可见光(波长为380~780mn)的平均透过Tavg80%; (2)电阻率在10-3cm以下。透明导电薄膜的种类主要有金属膜、氧化物膜、多层复合膜和高分子膜等,其中氧化物膜占主导地位(例如ITO和AZO膜)。氧化铟锡(Indium Tinoxide简称为ITO)薄膜、氧化锌锅(Al-doped ZnO,简称AZO)膜都是重掺杂、高简并n型半导体。就电学和光学性能而言,它是具有实际应用价值的透明导电薄膜。TCO基本特性包括:直流电阻率(n型)104?10_3icm,可见光波长区域有较高的透射率(80%),紫外区有截