科技动态
透明导电氧化物薄膜研究现状与产业化进展
赵谢群
!北京有色金属研究总院"北京#$$$%%&
摘要’综述了()*!透明导电氧化物&薄膜研究开发的历史与现状"展望了产业化前景+传统的,(*薄膜性能优异"是重要的平面显示器件用材料+新型-.*薄膜成本低廉"极具发展潜力"有望在太阳能电池领域取代,(*!掺锡氧化铟&+多元复合氧化物薄膜是()*的发展方向之一/柔性衬底的应用扩大了()*薄膜的用途/溶胶0凝胶制备工艺的开发促进了大面积()*薄膜的实用化+
关键词’()*/,(*/1-*/光电性质/制备工艺/应用现状/产业化前景
中图分类号’(23$4567#文献标识码’1文章编号’#$$#06$6%!6$$$&$#0$$4$0$6
透明导电氧化物!89:.;<:9=.8>?.@:>8A B=?C A@=简称()*&
薄膜主要包括,.D E F D-.和)@的氧化物及其复合多元氧化物
薄膜材料"具有禁带宽D可见光谱区光透射率高和电阻率低等
共同光电特性"广泛地应用于太阳能电池D平面显示D特殊功
能窗口涂层及其他光电器件领域+透明导电薄膜以掺锡氧化铟
!8A.0@?<=@A.@A G H?C A@=简称,(*&为代表"研究与应用较为广
泛D成熟"在美日等国已产业化生产+近年来-.*薄膜的研究
也不断深入"掺铝的-.*薄膜!简称1-*&被认为是最有发展
潜力的材料之一+同时"人们还开发了-.
6E.*4D,.4E.3*#6D
IJ,.6*4D)@,.6*4等多元透明氧化物薄膜材料+()*薄膜的制
备工艺以磁控溅射法最为成熟"为进一步改善薄膜性质"各种
高新技术不断被引入"制备工艺日趋多样化+本文综述以,(*
和1-*为代表的()*薄膜的最新研究动态及产业化发展现
状与前景+
#()*薄膜特性
()*薄膜最早出现于6$世纪初"#K$L年M:@=N=9首次制
成了)@*透明导电薄膜"从此引发了透明导电薄膜的开发与
利用+#K O$年前后出现了E.*
6基和,.
6*3
基薄膜+-.*基薄膜
兴起于6$世纪%$年代P#Q+()*薄膜为晶粒尺寸数百纳米的多晶层"晶粒取向单一+目前研究较多的是,(*D R(*!E.
6*S R&和1-*"这些氧化物均为重掺杂D高简并半导体"半导化机理为化学计量比偏移和掺杂"其禁带宽度一般大于3=T"并随组分不同而变化+它们的光电性质依赖于金属的氧化状态以及掺杂剂的特性与数量"一般具有高载流子浓度!#$#%U#$6# >H V3&"但迁移率不高"电阻率达#$V4W X>H量级"可见光透射率%$YUK$Y+()*薄膜的低电阻率特性由载流子浓度决定"但由于多晶膜的导电机理比较复杂"低电阻率成因尚待进一步研究+,(*薄膜有复杂的立方铁锰矿结构"最低电阻率达#$V O W X>H量级"可见光谱范围内平均光透射率K$Y以上P6Q+它的优异光电性质使之成为具有实际应用价值的()*薄膜"目前已形成了一定的商业生产规模"是平面液晶显示器件中不可或缺的平面透明电极材料+但是"由于铟为稀散元素"在自然界中贮存量少"价格较高"而且,(*应用于太阳能电池中时在等离子体中不够稳定+目前"-.*基薄膜的研究进展迅速"材料性能已可与,(*相比拟"结构为六方纤锌矿型+其中1-*薄膜研究广泛"它的突出优势是原料易得"制造成本低廉"无毒"易于实现掺杂"且在等离子体中稳定性好"因而有可能成为,(*的替代产品"尤其是在太阳能电池透明电极领域+由一种掺杂或不掺杂的金属氧化物组成的()*薄膜的性能与应用因其所含元素本身的固有性质而受限+为了优化薄膜的光学D 电学与化学性质"由多种氧化物组成的新型多元化合物()*薄膜可通过调整组成与元素组分来获得最佳性质"以适应某些特殊需要+近几年"已有人研究了-.*0E.*
6D-.*0,.6*3D )@E F6*Z D IJ,.6*4D,.4E.3*#6D-.6,.6*O D)@,.6*4D)@6E.*4D -.6E.*4D[:,.*3等()*薄膜P3"4Q+其中,.E.*的电阻率可达6\#$V4W X>H"可见光透射率达%$Y+这是()*薄膜的重要发展方向之一+
6制备工艺的改进
()*薄膜的制备方法多样"制备薄膜的各种方法"如磁控溅射P3U K Q D反应热蒸发P#$U#4Q D金属有机物化学气相沉积P#O U#L Q D 原子层外延P#%"#K Q D喷射热分解P6$Q D脉冲激光沉积P6#Q D溶胶0凝胶!;?]0J=]&P66U6Z Q等均可用于制备()*薄膜+薄膜的性质是由制备工艺决定的"改进制备工艺的努力方向是使制成的薄膜电阻率低D透射率高且表面形貌好"薄膜生长温度接近室温"与基板附着性好"能大面积均匀制膜且制膜成本低+各种制备方法各有优缺点"目前"公认的最佳方法是磁控溅射"此法工艺成熟"已用于,(*薄膜的商业化生产+
脉冲激光沉积是一种很有竞争力的物理真空沉积法"具有可精确控制化学计量D合成与沉积同时完成D对靶的质量与表面无要求等优点+喷射热分解法无需真空设备"工艺简单"适用于制备大面积太阳能电池透明电极"不损伤基底层+在传统的高温制备工艺中"由于存在薄膜与衬底间的固态扩散"器件
收稿日期’#K K K0#$0$Z修回日期’#K K K0#60$Z
作者简介’赵谢群!#K Z O V&"女!满族&"北京市人"高级工程师"从事电子信息材料D半导体材料科技信息调研工作+
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