氧化物透明导电薄膜究进展综述.doc

本科毕业设计说明书 氧化物透明导电薄膜研究进展 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 年 月 日 氧化物透明导电薄膜研究进展关键词透明导电机理制备工艺 DEVELOPMENT OF TRANSPARENT CONDUCTING OXIDE FILMS ABSTRAC　　 In this paper,describe the transparent conducting mechanism and the latest researching progress in preparation methods of TCO thin films, to look into the distance the future and acton of TOC. Furthermore summarized the progress and research of TCO thin films. KEYWORDS:thin oxide films,transparent,preparation methods,TCO 目 录绪论 TCO薄膜分为P型和N型两种。TCO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、窗口涂层等领域。 目前，已经商业化应用的TCO薄膜主要是In O ：Sn(ITO)和SnO ：F(FTO)2类，ITO其透明性好，电阻率低，易刻蚀和易低温制备等优点，一直是显示器领域中的首选TCO薄膜。FTO薄膜由于其化学稳定性好，生产设备简单，生产成本低等优点在节能视窗等建筑用大面积TCO薄膜中，具有很大的优势 。 1 TCO薄膜的特性及机理研究1.1　TCO薄膜的特性一般意义上TCO薄膜具有:(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(Indium Tin Oxide简称ITO)和氧化锌铝(Alum inum doped Zin cum Oxide简称AZO)为代表,具有的综合光电性能。()在可见光区(400～800nm)透射率高,平均透射率Tavg80%;TCO薄膜了物质的透明性与导电性矛盾。透明材料的禁带宽度大(Eg3eV)而载流子(自由电子)少,导电性差;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,呈现不透明状态。为了使金属导电氧化物呈现一定的透明性,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很密集,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而引起内光电效应,使可见光无法透过。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“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(1018～1021cm-3)和低载流子迁移率(1～50cm2V-1s-1),可见光透射率可达80%～90%。 TCO薄膜1.2.1TCO薄膜的光学机理光学透射率是表征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),波长小于λ0光子将被吸收后激发价带的电子到导带形成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,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。非化学计量性缺陷结构的材料一般呈氧缺位或间隙阳离子。如CVD制备SnO2薄膜,氧缺位状态下生成部分SnO,1个氧缺位产生2个自由电子,