第7章光学导电材料.ppt

7.5 光学透明导电材料 透明导电膜(Transparent conducting oxides films, TCOs)： 在可见光的范围內具有高穿透度：T85%。 低电阻率：＜10-3 W-cm 。 种类： 金属薄膜 金属氧化物半导体薄膜 透明导电薄膜的应用范围 导电特性 ITO薄膜的导电性 属于N型半导体，导电机制有两种，一种亲质掺杂机制，另一种则为氧空位机制。 由于 Sn4+ 取代 In3+ ，提供額外的电子。 氧空缺 提供兩個額外的電子。 (O2→2Vo¨+2e-) 透光特性 ITO薄膜的可见光可穿透 能隙寬度约为3.5-4.3 eV，可见光波长范围对应的能量为1.7-3.1 eV，不足以让电子在能带间跳跃而产生光的吸收，故在可见光的范围內有很高的穿透度。 沉积结晶型的ITO薄膜 高光学穿透度以及低电阻率。 ITO薄膜的光穿透度与低电阻率和薄膜的结晶性息息相关。 初沉积-非结晶结构 低程度结晶 高程度结晶 石墨烯的简介 石墨烯 的性质 结构稳定 电子传导速率最快 高机械强度和弹性 导热性好 透明度高 电阻率小 石墨烯的基本知识 石墨烯的稳定性 由于完美二维晶体不能在有限温度下稳定存在，近期理论模拟和透射电镜实验结果给出了可能的解释，即石墨烯平面上存在纳米级别的微观扭曲。 Nano Letters, 2009, 9(5): 2129-2132 石墨烯在聚合物中的相变。 a) 加热前； b) 加热后 石墨烯的基本知识 石墨烯的种类 Single-layer Graphene(SG) Bi-layer Graphene(BG) Few-layer Graphene(FG) （层数10） 石墨烯 层间以范德华力 （Van Der Waals）结合 石墨烯的层数不同，性质也随之产生很大差异。 石墨烯的基本知识 石墨烯家族的其它成员 石墨烷(Graphane) 氢化石墨烯(Graphone) 氧化石墨烯(Graphene Oxide) 石墨烯的基本知识 石墨烯的独特性质 最薄——单层原子厚、准二维 强度最高（~1060 GPa） 惊人的热导率（3000 Wm-1K-1）和硬度 极高的载流子迁移率——105 cm2 V–1 s–1量级 载流子的有效质量为0——弹道输运 室温半整数量子霍尔效应 电导率永不消失 石墨烯的独特性质是由其独特的结构所决定的。 石墨烯的基本知识 石墨烯 C原子外层3个电子通过sp2杂化形成强σ键(蓝)，相邻两个键之间夹角约为120°；第4个电子为公共，形成弱π键(紫)，为平面结构。 金刚石 C原子外层四个电子通过sp3杂化，形成较强σ键，为四面体结构，相邻两个键之间夹角约为109°。 石墨烯的基本知识 石墨烯的能带结构（一） 载流子为无静止质量的狄拉克-费米子，需用相对论量子力学来描述。 Physics Today (2007) 石墨烯的基本知识 石墨烯的层间堆垛结构(Stacking) 双层石墨烯(Bi-layer) 三层石墨烯(Tri-layer) 单层石墨烯(Single-layer) Graphene has two atoms per unit cell. These two atoms for two interlocking triangular sub-lattices. 石墨烯的基本知识 A atom B atom Modified from: /img/science/graphite ? Dr. Chris Ewels, Inst. of Materials Graphene has two simple edge geometies. The zigzag termination involves only one sub-lattice site. The armchair termination involves both sub-lattice sites. A atom B atom 石墨烯的基本知识 石墨烯的基本知识 石墨烯的输运特性 对于单层或双层石墨烯，其最显著的性质： 1.高室温迁移率，且电子与空穴的迁移率几乎相等，其散射机制主要是声子散射； 2.载流子模型为无质量的狄拉克-费米子 (Massless Dirac-Fermions)； 3.半整数和反常霍尔效应、室温量子霍尔效应； 4.电子相干弹道输运； 5.库伦阻塞等。 石墨烯的基本知识 单层石墨烯的反常电导率 零电场下，石墨烯在Dirac点附近的电导率并未因载流子浓度