透明导电氧化物薄膜材料及其制备技术研究进展

"#武汉理工大学校基金项目!0f f

%$$*$*(""夏冬林#通讯联系人"!"##$%[’+[44)[%)",’-./##C 7=>

#/=0/.!-./#51E O G 5"C O 56=透明导电氧化物薄膜材料及其制备技术研究进展#

徐"慢!夏冬林!赵修建

!武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室"武汉(&$$[$

#""摘要""综述了透明导电氧化物"

!D B #薄膜的结构$光电性能以及!D B 薄膜制备技术的研究进展%@!B 薄膜性能优异!是重要的平面显示器件用材料%掺铝W =B 薄膜价格低廉!是极具开发前景的@!B 薄膜的替代材料%柔性衬底氧化物半导体透明导电薄膜的开发和应用将扩大!D B 薄膜的应用领域%

关键词""!D B "@!B "K =B %"W

=B "光电性能"制备技术6+(=+-77$)>+&)7"&+-)’F ()3.%’$@-O L $3-<$#B 7&)36+-"&+&’$()>-%1)(#(=4

:;Z .=":@A L 7=>#/="W ‘A B :/O f

/.=!V "I ?.R 7H .G 7H I 72K /#/6.G "Z .G "H /.#F K 6/"=6".=C,=>/=""H /=>72Z /=/F G H I 72,C O 6.G /7="I "<

O E .=(&$$[$#!87’+&%’""9H 7>H "F F "F /=H "F ".H 6E 7=-/6H 7F G H O 6G O H """#"6G H /6.#.=C 7M G /6.#M H 7M "H G /"F .=C M H "M .H .G /7=G "6E =7#7’>I 72!D BG E /=2/#-F .H "H "J /"1"C 5@!B/F1/C "#I O F "C .F G H .=F M .H "=G 67=C O 6G /=>2/#-/=2#.G M .="#C /F M #.I .M M #/6.G /7=F R "6.O F "/G M 7F F "F F "F "06"##"=G 7M G /6.#.=C "#"6G H /6.#M H 7M "H G /"F 5W =BnA #G H .=F M .H "=G 67=C O 6G /J "2/#-F .H "1/G E #7167F G .=C 6.=C /C .G "-.G "H /.#F 72F 7#.H 6"##/=F G ".C72@!B5!E "H "F ".H 6E.=CC "J "#7M -"=G 72!D B2/#-F !/=6#O C /=>@!B2/#-F .=CA W B #M H "M .H "C7=2#"0/R #"F O R F G H .G "1/##"0M .=C-7H ".M M

#/6.G /7=F 59-4/(+37""!D B "@!B "K =B %"W =B "7M G /6.#.=C"#"6G H /6.#M H 7M "H G /"F "M H "M .H .G /7=G "6E =7#7>I "

!"引言

透明导电氧化物!G H .=F M .H "=G 67=C O 6G /J "70/C ""简称!D B #薄膜主要包括@=$K R $W =和D C 的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料%透明导电氧化物薄膜最早出现在%$世纪初"3)$[年8.C "P "H 首次制备出D C B 透明导电膜"从此引发了透明导电膜的开发与应用%3)*$年前后出现了K =B %基和@=%B &基薄膜%W =B 基薄膜的研究始于%$世纪+$年代%这些氧化物均为重掺杂$高简并半导体"半导体机理为化学计量比偏移和掺杂"其禁带宽度一般大于&"]"并随组分不同而变化"其光电性能依赖于金属的氧化状态以及掺杂剂的特性和数量%一般具有高

载流子浓度!3$3+"3

$%3

6-U &#"但迁移率不高"电阻率达3$U (@&6-量级"可见光透射率为+$\")$\

’3"&(

%目前氧化物透明导电材料体系包括@=%B &$K =B %$W =B 及其掺杂体系@=%B &)K =!@!B #$@=%B &n Z 7!@ZB #$K =B %nK R !A !B #$K =B %nb !b !B #$W =BnA #!W A B #等’("[(

%最重要的是锡掺杂的氧化铟!@!B #薄膜和铝掺杂的氧化锌!A W B #薄膜%由一种掺杂或不掺杂的金属氧化物组成的!D B 薄膜的性能与应用因其所含元素本身的固有性质而受到限制%为了优化薄膜的光学$电学及化学性质"由多种氧化物组成的新型多元化合物!D B 薄膜可通过调整组成与元素组分来获得最佳性质"以适应某些特殊需要%近几年"人们研究了W =B ’K =B %$W =B ’@=%B &$W =A #%B ($@=(K =&B 3%$D C @=%B ($W =%K =B ($^.@=B &等多元透明氧

化物薄膜材料’+"3$(%

透明导电薄膜以掺锡氧化铟!G /=’C 7M

"C /=C /O -70/C ""简称@!B #

为代表"研究与应用较为广泛$成熟%在美日等国已产业化生产%近年来W =B 薄膜的研究也不断深入"掺铝的W =B 薄膜!简称A W B #被认为是最有发展潜力的材料之一%!D B 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"溶胶’凝胶法目前是最受关注的方法%柔性衬底氧化物半导体透明导电薄膜可望成为硬质衬底材料更新换代的产品"有更广泛的应用%本文主要对几种典型的!D B 薄膜作简要介绍%

"">F O 透明导电薄膜特性研究

";""M )O 基透明导电氧化物薄膜

@!B 薄膜的性能虽好"但由于@!B 薄膜含有稀散贵金属

铟"成本较高*而氧化锌原料丰富"价格低"性能优异"引起人们研究与开发的兴趣"

近年来更成为了研究的热门课题%而掺铝氧化锌又是对透明导电薄膜要求目前效果最好的氧化锌基薄

膜"被期待成为平板显示器中@!B 薄膜的替代材料’3

3"3%(%W =B 是一类重要的宽禁带9’A 族化合物半导体材料"

结构为六方纤锌矿型"属=型氧化物半导体"其直接禁带宽度为&5&"]"对可见光的透明性好%W =B 薄膜原料丰富$成本低廉$性能优异"成为国外科学工作者研究的热点%作为@@’]@族化合物的氧化锌"@@@族元素和]@@族元素原子可以分别占据@@族和]@族元素的位置而起施主的作用%在W =B 中掺入^.$A #$@=

或b 离子能改善W =B 膜的光学和电学性能’3&"34(%其中"W =B nA #

薄膜的研究最广泛和最深入"目前已经在薄膜太阳能电池中得

到了部分应用’3[(%许多实验研究都发现铝掺杂在A W B 靶材中

&%3&&材料导报""""%

$$4年33月第%$卷专辑’万方数据

金属氧化物透明导电材料地基本原理

金屬氧化物透明導電材料的基本原理 一、透明導電薄膜簡介 如果一種薄膜材料在可見光範圍內(波長380-760 nm)具有80%以上的透光率，而且導電性高，其比電阻值低於1×10-3 ·cm，則可稱為透明導電薄膜。Au, Ag, Pt, Cu, Rh, Pd, A1, Cr等金屬，在形成3-15 nm厚的薄膜時，都有某種程度的可見光透光性，因此在歷史上都曾被當成透明電極來使用。但金屬薄膜對光的吸收太大，硬度低而且穩定性差，因此人們開始研究氧化物、氮化物、氟化物等透明導電薄膜的形成方法及物性。其中，由金屬氧化物構成的透明導電材料(transparent conducting oxide, 以下簡稱為TCO)，已經成為透明導電膜的主角，而且近年來的應用領域及需求量不斷地擴大。首先，隨著3C產業的蓬勃發展，以LCD為首的平面顯示器(FPD)產量逐年增加，目前在全球顯示器市場已佔有重要的地位，其中氧化銦錫(In2O3:Sn, 意指摻雜錫的氧化銦，以下簡稱為ITO)是FPD的透明電極材料。另外，利用SnO2等製成建築物上可反射紅外線的低放射玻璃(low-e window)，早已成為透明導電膜的最大應用領域。未來，隨著功能要求增加與節約能源的全球趨勢，兼具調光性與節約能源效果的electrochromic (EC) window (一種透光性可隨施加的電壓而變化的玻璃)等也可望成為極重要的建築、汽車及多種日用品的材料，而且未來對於可適用於多種場合之透明導電膜的需求也會越來越多。 二、常用的透明導電膜

一些目前常用的透明導電膜如表1所示，我們可看出TCO佔了其中絕大部分。這是因為TCO具備離子性與適當的能隙(energy gap)，在化學上也相當穩定，所以成為透明導電膜的重要材料。 表1 一些常用的透明導電膜 三、代表性的TCO材料 代表性的TCO材料有In2O3， SnO2， ZnO， CdO， CdIn2O4， Cd2SnO4，Zn2SnO4和In2O3-ZnO等。這些氧化物半導體的能隙都在3 eV以上，所以可見光(約1.6-3.3 eV)的能量不足以將價帶(valence band)的電子激發到導帶(conduction band)，只有波長在350-400nm(紫外線)以下的光才可以。因此，由電子在能帶間遷移而產生的光吸收，在可見光範圍中不會發生，TCO對可見光為透明。

【CN109727706A】一种柔性透明导电薄膜及其制备方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910174410.0 (22)申请日 2019.03.08 (71)申请人 华南协同创新研究院 地址 523808 广东省东莞市松山湖高新技 术产业开发区生产力大厦168室 (72)发明人 朱立新　吴良辉　李要山　 (74)专利代理机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 44245 代理人 宫爱鹏 (51)Int.Cl. H01B 5/14(2006.01) H01B 13/00(2006.01) H01B 1/02(2006.01) (54)发明名称 一种柔性透明导电薄膜及其制备方法 (57)摘要 本发明公开了一种柔性透明导电薄膜及其 制备方法，包括如下步骤：(1)将银纳米线加入到 无水乙醇中，超声分散均匀，将上述分散液通过 真空抽滤到有机系滤膜表面，之后将滤膜干燥， 得到银纳米线分散均匀的滤膜A；(2)将液体硅橡 胶与相应的交联剂混合均匀，之后通过旋涂将混 合物均匀地分散到金属薄膜表面，再经固化处 理，得到薄膜B；(3)将滤膜A有银纳米线的一侧和 薄膜B有固化后硅橡胶的一侧紧密贴合，经压力 处理，将滤膜上的银纳米线膜转移到硅橡胶薄膜 表面；(4)将步骤(3)的样品浸泡在稀酸溶液中， 使得硅橡胶薄膜表面的金属薄膜完全溶解，即得 到柔性透明导电薄膜。本发明制备的超薄柔性透 明导电薄膜导电均匀、 柔性好。权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 109727706 A 2019.05.07 C N 109727706 A

权　利　要　求　书1/1页CN 109727706 A 1.一种柔性透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： (1)将银纳米线加入到无水乙醇中，超声分散均匀，将上述分散液通过真空抽滤到有机系滤膜表面，之后将滤膜干燥，得到银纳米线分散均匀的滤膜A； (2)将液体硅橡胶与相应的交联剂混合均匀，之后通过旋涂将混合物均匀地分散到金属薄膜表面，再经固化处理，得到薄膜B； (3)将滤膜A有银纳米线的一侧和薄膜B有固化后硅橡胶的一侧紧密贴合，经压力处理，将滤膜上的银纳米线膜转移到硅橡胶薄膜表面； (4)将步骤(3)的样品浸泡在稀酸溶液中，使得硅橡胶薄膜表面的金属薄膜完全溶解，即得到柔性透明导电薄膜。 2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述滤膜A表面银纳米线的沉积量为100～500mg/m2。 3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)交联剂与液体硅橡胶的比例为2～10wt％。 4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的液体硅橡胶为聚二甲基硅氧烷、二羟基聚二甲基硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷中的一种；所述交联剂为过氧化二苯甲酰、2、5-二甲基地-5-二叔丁基过氧己烷、甲基乙烯基双吡咯烷酮硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷中的一种。 5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的有机系滤膜为聚四氟乙烯滤膜、聚丙烯滤膜、尼龙滤膜、聚砜滤膜、再生纤维素滤膜中的任意一种。 6.根据权利要求1～5任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)固化温度为40～80℃，固化时间为12～24h。 7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的压力为1～5MPa，压力处理时间为12～24h。 8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的金属薄膜为镁、铝、铁、铜、锌、锡中的任意一种；所述的旋涂速度为2000～6000rpm。 9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的稀酸溶液为稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸中的任意一种，稀酸溶液的浓度为1～5mol/L，浸泡时间为12～24h。 10.权利要求1～9任意一项方法制备的柔性透明导电薄膜。 2

透明导电薄膜研究进展

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 transparentconductinve films Abstract: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 doping 0．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ZnO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ZnO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

透明导电膜知识培训

新业务知识教材—透明导电膜部分 一、触摸屏发展的背景 二、触摸屏的原理以及发展历程 1、触摸屏—绝对定位元件 2、触摸屏的种类以及工作原理 3、各种方式触摸屏的特点比较以及应用的领域 三、透明导电膜的功能以及材料组成 1、透明导电膜在触摸屏中的作用 2、透明导电膜的材料特点 四、透明导电膜的技术要求 1、透明导电膜的技术要求 2、透明导电膜的技术指标 五、透明导电膜的生产工艺 1、溅射法生产工艺介绍 2、涂布法生产工艺介绍 3、其他方法简介 六、触摸屏的发展趋势以及面临的问题

触摸屏及透明导电膜知识简介 前言 随着计算机技术的快速发展，人机界面的沟通成了计算机技术的一个热点，触摸 屏凭着优秀的人机沟通方式，成为了当今发展最快的技术。 触摸屏主要应用于个人便携式信息产品（如使用手写输入技术的PC、PDA、AV 等）之外，应用领域遍及信息家电、公共信息（如电子政务、银行、医院、电力等部 门的业务查询等）、电子游戏、通讯设备、办公室自动化设备、信息收集设备及工业设备等等。2009年全球触摸屏产值达43亿美元，估计2016年将成长到140 亿美元，年复合成长率达18%。国内市场约占全球市场的20%，约为8.6亿美元。 第一章：触摸屏发展的背景 在人类渴求讯息实时联系与传递的欲望下，个人化电子用品未来将有爆发性的需求。然而，在机动与方便性的诉求下，个人化的电子工具通常使用在不安稳的场合， 如何快速简便的使用随身的电子工具，是使用者最大期待。其中最大的障碍在于人与 机器间的沟通。所以，是否具有快速简便的人机沟通接口，将是未来电子化产品最重 要的功能。 如果说1964年鼠标的发明，把电脑操作带入了一个新的时代，那么触摸屏的出现，则使图形化的人机交互界面变得更为直观易用。1971 年，美国人SamHurst发明了世界上第一个触摸传感器。虽然这个仪器和我们今天看到的触摸屏并不一样，却被视为触 摸屏技术研发的开端。 当年，SamHurst 在肯尼迪大学当教师，因为每天要处理大量的图形数据而不胜其烦，就开始琢磨怎样提高工作效率，用最简单的方法搞定这些该死的图形。他把自己 的三间地下室改造成了车间，一间用来加工木材，一间制造电子元件，一间用来装配这些零件，并最终制造出了最早的触摸屏。这种最早的触摸屏被命名为“AccuTouch”，由于是手工组装，一天生产几台设备。不久，SamHurst 成立了自己的公司，并和西门 子公司合作，不断完善这项技术。这个时期的触摸屏技术主要被美国军方采用，直到1982 年，Sam Hurst的公司在美国一次科技展会上展出了33 台安装了触摸屏的电视机，平民百姓才第一次亲手“摸”到神奇的触摸屏。触摸屏早期多被装于工控计算机、

【开题报告】ZnO-SnO2透明导电薄膜光电特性研究

开题报告 电气工程与自动化 ZnO-SnO2透明导电薄膜光电特性研究 一、选题的背景与意义： 随着电子信息产业的迅猛发展，透明导电薄膜材料被广泛应用于半导体集成电路、平面显示器、抗静电涂层等诸多领域，市场规模巨大。 1. 透明导电薄膜的概述 自然界中往往透明的物质不导电,如玻璃、水晶、水等，导电的或者说导电性好的物质往往又不透明,如金属材料、石墨等。但是在许多场合恰恰需要某一种物体既导电又透明,例如液晶显示器、等离子体显示器等平板显示器和太阳能电池光电板中的电极材料就是需要既导电又透明的物质。透明导电薄膜是薄膜材料科学中最重要的领域之一，它的基本特性是在可见光范围内，具有低电阻率，高透射率，也就是说，它是一种既有高的导电性，又对可见光有很好的透光性，而对红外光有较高反射性的薄膜。正是因为它优异的光电性能，它被广泛的应用在各种光电器件中，例如：平面液晶显示器（LCD），太阳能电池，节能视窗，汽车、飞机的挡风玻璃等。自从1907年Badeker制作出CdO透明导电薄膜以后，人们先后研制出了In2O3，SnO2，ZnO等为基体的透明导电薄膜。目前世界研究最多的是掺锡In2O3（简称ITO）透明导电薄膜，掺铝ZnO（简称AZO）透明导电薄膜。同时，人们还开发了CdInO4、Cd2SnO4、 Zn2SnO4等多元透明氧化物薄膜。 2. SnO2基薄膜 SnO2（Tin oxide，简称TO）是一种宽禁带半导体材料，其禁带宽度Eg=3.6eV，n 型半导体。本征SnO2薄膜导电性很差，因而得到广泛应用的是掺杂的SnO2薄膜。对于SnO2来说，五价元素的掺杂均能在禁带中形成浅施主能级，从而大大改善薄膜的导电性能。目前应用最多、应用最广的是掺氟二氧化锡（SnO2:F，简称FTO）薄膜和掺锑二氧化锡（SnO2:Sb,简称ATO）薄膜。SnO2:Sb薄膜中的Sb通常以替代原子的形式替代Sn的位置。掺杂Sb浓度不同，电阻率不同，最佳Sb浓度为0.4%-3%（mol）的范围对应电阻率为10-3Ω·cm，可见光透过率在80%-90%。SnO2:F薄膜热稳定性好、化学稳定性好、硬度高、生产设备简单、工艺周期短、原材料价格廉价、生产成本

第八章 实验一 磁控溅射法制备透明导电氧化物ITO薄膜-2012

磁控溅射法制备透明导电氧化物ITO薄膜 授课老师：张群 材料科学系 实验目的： 1. 掌握磁控溅射镀膜系统的原理和操作方法 2. 掺锡氧化铟（ITO）透明导电氧化物薄膜的制备 一．引言 透明导电氧化物（Transparent Conductive Oxide, TCO）薄膜是一种高简并态的氧化物半导体材料，以其独特的透明性与导电性结合于一体而广泛应用于平板显示和太阳电池等领域。TCO薄膜材料一般具有载流子浓度高，费米能级（E F）位于导带能级（E C）以上，电阻率小（可低至10-4 Ω·cm），禁带宽度宽（>3 eV）等特点，使薄膜在具有良好的导电性的同时在可见光范围具有高的透射率（>80 %）。其中常见的TCO材料是掺锡氧化铟In2O3:Sn（ITO）、掺氟氧化锡SnO2:F（FTO）和掺铝氧化锌ZnO:Al（AZO）薄膜。由于ITO薄膜具有优良的电学和光学性能，获得了广泛的应用，几乎成为TCO薄膜的代名词。ITO薄膜除了具有上述TCO 薄膜的共性之外，还具有紫外线吸收率大，红外线反射率高，微波衰减性好等特点。另外，膜层具有很好的酸刻、光刻性能，便于细微加工，可以被刻蚀成不同的电极图案等良好的加工性能。图1是1970-2000年间报道的In2O3 , ZnO和SnO2基透明导电薄膜的电阻率，显然，ITO具有最小的电阻率。 图1 1970-2000年间报道的In2O3 (△), ZnO (●)和SnO2(□)基薄膜的电阻率

二. 磁控溅射镀膜 磁控溅射是二十世纪七十年代发展起来的一种新型溅射技术，目前在科学研究和大量生产方面都获得了广泛的应用。磁控溅射镀膜具有高速、低温和低损伤等优点。高速是指成膜速率快，低温和低损伤是指基板的温升低、薄膜表面损伤小。 1. 磁控溅射镀膜工作原理 所谓溅射是指将具有一定能量的粒子（离子）轰击靶材表面，使得靶材原子或分子从表面射出的现象。溅射镀膜就是利用溅射效应，使射出的原子或分子在基板表面沉积形成薄膜。如果真空室内充有氩气，电子在电场作用下加速飞向基板的过程中会与氩原子碰撞。假如电子具有 图2 磁控溅射工作原理示意图 足够的能量（约为30 eV），则碰撞将电离出Ar+并产生电子。电子飞向基板，Ar+在电场作用下加速飞向阴极（溅射靶）并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。 磁控溅射通常是在靶材的上方引入磁场。在溅射粒子中，中性的靶原子（或分子或离子）沉积在基板上形成薄膜，电子在加速飞向基板时受磁场B的洛仑兹力作用，以摆线和螺旋线状的复合形式在靶表面作圆周运动。电子不仅运动路径很长，而且被电磁场束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，又在该区域内电离出大量的Ar+离子用来轰击靶材，所以磁控溅射具有沉积速率高的特点。另外，直接飞向基板的电子非常少，能量也小，避免了对所形成薄膜的轰击以及不可控升温现象的出现（如图2所示）。因此，磁控溅射的基本原理就是以磁场改变电子运动的方向，束缚和延长电子运动的路径，提高电子的电离几率，有效地利用了电子的

光电显示用透明导电膜及玻璃

光电显示用透明导电膜及玻璃(ITO)的原理 ITO导电玻璃是在钠钙基或硅硼基基片玻璃的基础上，利用磁控溅射的方法镀上一层氧化铟锡（俗称ITO）膜加工制作成的。液晶显示器专用ITO导电玻璃，还会在镀ITO层之前，镀上一层二氧化硅阻挡层，以阻止基片玻璃上的钠离子向盒内液晶里扩散。高档液晶显示器专用ITO玻璃在溅镀ITO层之前基片玻璃还要进行抛光处理，以得到更均匀的显示控制。液晶显示器专用ITO玻璃基板一般属超浮法玻璃，所有的镀膜面为玻璃的浮法锡面。因此，最终的液晶显示器都会沿浮法方向，规律的出现波纹不平整情况。 在溅镀ITO层时，不同的靶材与玻璃间，在不同的温度和运动方式下，所得到的ITO层会有不同的特性。一些厂家的玻璃ITO层常常表面光洁度要低一些，更容易出现“麻点”现象；有些厂家的玻璃ITO层会出现高蚀间隔带，ITO层在蚀刻时，更容易出现直线放射型的缺划或电阻偏高带；另一些厂家的玻璃ITO层则会出现微晶沟缝。 ITO导电层的特性： ITO膜层的主要成份是氧化铟锡。在厚度只有几千埃的情况下，氧化铟透过率高，氧化锡导电能力强，液晶显示器所用的ITO玻璃正是一种具有高透过率的导电玻璃。由于ITO具有很强的吸水性，所以会吸收空气中的水份和二氧化碳并产生化学反应而变质，俗称“霉变”，因此在存放时要防潮。 ITO层在活性正价离子溶液中易产生离子置换反应，形成其它导电和透过率不佳的反应物质，所以在加工过程中，尽量避免长时间放在活性正价离子溶液中。 ITO层由很多细小的晶粒组成，晶粒在加温过程中会裂变变小，从而增加更多晶界，电子突破晶界时会损耗一定的能量，所以ITO导电玻璃的ITO层在600度以下会随着温度的升高，电阻也增大。 ITO导电玻璃的分类： ITO导电玻璃按电阻分，分为高电阻玻璃（电阻在150~500欧姆）、普通玻璃（电阻在60~150欧姆）、低电阻玻璃（电阻小于60欧姆）。高电阻玻璃一般用于静电防护、触控屏幕制作用；普通玻璃一般用于TN类液晶显示器和电子抗干扰；低电阻玻璃一般用于STN 液晶显示器和透明线路板。 ITO导电玻璃按尺寸分，有14”x14”、14”x16”、20”x24”等规格；按厚度分，有2.0mm、1.1mm、0.7mm、0.55mm、0.4mm、0.3mm等规格，厚度在0.5mm以下的主要用于STN液晶显示器产品。 ITO导电玻璃按平整度分，分为抛光玻璃和普通玻璃。

透明导电薄膜的研究现状及应用

透明导电薄膜的研究现状及应用 李世涛乔学亮陈建国 （武汉华中科技大学模具技术国家重点实验室） 摘要：综述了当前透明导电薄膜的最新研究和应用状况，重点讨论了ITO膜的光电性能和当前的研究焦点。指出了目前需要进一步从材料选择、工艺参数制定、多层膜光学设计等方面来提高透明导电膜的综合性能，使其可见光平均透光率达到92%以上，从而满足高尖端技术的需要。 关键词：透明导电，薄膜，平均透光率，ITO，电导率 1 前言 透明导电薄膜的种类有很多，但氧化物膜占主导地位（例如ＩＴＯ和ＡＺＯ膜）。氧化铟锡（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ简称为ＩＴＯ）薄膜、氧化锌铝（Ａｌ－ｄｏｐｅｄＺｎＯ，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。金属氧化物透明导电薄膜（ＴＣＯ：ＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔａｎｄＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＯｘｉｄｅ的缩写）的研究比较早，Ｂａｋｄｅｋｅｒ于１９０７年第一个报道了ＣｄＯ透明导电薄膜。从此人们就对透明导电薄膜产生了浓厚的兴趣，因为从物理学角度看，透明导电薄膜把物质的透明性和导电性这一矛盾两面统一起来了。１９５０年前后出现了硬度高、化学稳定的ＳｎＯ２基和综合光电性能优良的Ｉｎ２Ｏ３基薄膜，并制备出最早有应用价值的透明导电膜ＮＥＳＡ（商品名）－ＳｎＯ２薄膜。ＺｎＯ基薄膜在２０世纪８０年代开始研究得火热。ＴＣＯ薄膜为晶粒尺寸数百纳米的多晶；晶粒取向单一，目前研究较多的是ＩＴＯ、ＦＴＯ（Ｓｎ２Ｏ：Ｆ）。１９８５年，ＴａｋｅａＯｊｉｏＳｉｚｏＭｉｙａｔａ首次用汽相聚合方法合成了导电的ＰＰＹ－ＰＶＡ复合膜，从而开创了导电高分子的光电领域，更重要的是他们使透明导电膜由传统的无机材料向加工性能较好的有机材料方面发展。 透明导电膜以其接近金属的导电率、可见光范围内的高透射比、红外高反射比以及其半导体特性，广泛地应用于太阳能电池、显示器、气敏元件、抗静电涂层以及半导体／绝缘体／半导体（ＳＩＳ）异质结、现代战机和巡航导弹的窗口等。由于ＩＴＯ薄膜材料具有优异的光电特性，因而近年来得以迅速发展，特别是在薄膜晶体管（ＴＦＴ）制造、平板液晶显示（ＬＣＤ）、太阳电池透明电极以及红外辐射反射镜涂层、火车飞机用玻璃除霜、建筑物幕墙玻璃等方面获得广泛应用，形成一定市场规模。 制备透明导电薄膜的方法很多：物理汽相沉积（ＰＶＤ）（喷涂法、真空蒸发、磁控溅射、高密度等离子体增强（ＨＤＰＥ）蒸发、脉冲激光沉积（ＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，简称ＰＬＤ）技术、化学汽相沉积（ＣＶＤ）、原子层外延（ＡＬＥ）技术、反应离子注入以及溶胶－凝胶（Ｓｏｌ－Ｇｅｌ）技术等。然而，适合于批量生产且已经形成产业的工艺，只有磁控溅射法和溶胶－凝胶法。特别是，溅射法由于具有良好的可控性和易于获得大面积均匀的薄膜，而被广泛应用于显示器件中ＩＴＯ薄膜的制备。美欧和日本均在发展ＩＴＯ产业，其中日本夏普、日本电气和东芝三大公司都在其工厂内开发ＩＴＯ薄膜。深圳几家导电玻璃公司在进口和国产生产线上制造ＬＣＤ用导电玻璃。而ＡＺＯ薄膜由于其在实用上还有许多问题，现在还处于研究阶段。综上所述，ＩＴＯ薄膜性能优异，制

透明导电氧化物薄膜与氧化铟锡薄膜

第一章 透明导电氧化物薄膜与 氧化铟锡薄膜1.1.透明导电氧化物薄膜 透明导电氧化物（Transparent Conducting Oxide简称TCO）薄膜主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料，具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等光电特性。氧化铟锡（或掺锡氧化铟，Indium Tin Oxide简称ITO）薄膜是综合性能最优异的透明电极材料，ITO是一种重掺杂、高简并的n型半导体，光学禁带宽度达到3.5eV以上，其载流子浓度可达到1021cm3，迁移率为15-450cm2V?1S?1，目前一般认为其半导体化机理为掺杂（掺锡）和组分缺陷（氧空位）。ITO作为优异的透明导电薄膜，其较低的电阻率可达到10?4?cm，可见光透过率可达85%以上，其优良的光电性质使其成为具有实用价值的TCO薄膜[1][2]。ITO透明导电膜除了具有高可见光透过率和低电阻，还具有一系列独特性能，如紫外线高吸收，红外线高反射，微波高衰减；加工性能良好，具有较好的酸刻、光刻性能；良好的机械强度和耐磨损性、耐碱化学稳定性；较高的表面功函数（约为4.7eV）等，ITO薄膜被广泛应用于平板显示器件、太

阳能电池、微波与射频屏蔽装置、触摸式开关和建筑玻璃等领域[3]。 对于TCO薄膜来说，目前的主要应用领域一般是作为单一的电学涂层或光学涂层，即利用其金属导电性和光学透明性，但其导电性和透明性仍需进一步提高，同时考虑到光电子器件在不同环境中的使用，TCO薄膜在恶劣环境中的稳定性也需要得到改善，应该开发出高质量的透明导电氧化物薄膜，以开拓更广的应用领域。在TCO薄膜的不同应用领域，对于TCO 薄膜的性能有不同的要求，单一的TCO薄膜难以满足各种性能的需要，虽然SnO2:F[4]，ZnO:Al[5]和In2O3:Mo[6]等三元组分氧化物能够部分解决一些问题，但无法达到较好的综合性能。目前多元复合体系透明导电薄膜的研究得到了一定的发展，可以制备出一些具有独特性能的TCO薄膜[7]-[10]，多元复合体系TCO薄膜能够保持传统TCO材料性能的前提下，可以通过改变组分而调整薄膜的电学、光学、物理和化学性质以及表面能，从而获得传统TCO材料所不具备的性能，以满足特定的需要。因此，如何进一步提高ITO薄膜的各种性能，拓展其应用前景，显得尤其重要。 对于ITO等透明导电氧化物来说，掺杂的有效性应满足三种基本要求：（1）掺杂离子与宿主离子之间存在价态差；（2）掺杂替代离子半径等于或小于宿主离子半径；（3）掺杂离子不会形成新的化合物，只存在In2O3的单一相。一般认为ITO的特性主要依赖于其氧化态和杂质的浓度，通过引入施主杂质可以调节载流子浓度，施主原子取代晶格的位置，提供了多余的自由电子而提高了导电性。高价态的金属离子（如Zr4+等）对ITO中In3+的取代可以成为ITO掺杂的关键所在，高价态的金属离子对In3+的取代可

ITO透明导电薄膜替代品发展现状

ITO透明导电薄膜替代品发展现状现在,薄膜液晶显示器的透明电极大量使用的是ITO和In,本文介绍作为其替代品的透明导电氧化物材料的发展现状与前景.用于LCDs透明电极ITO薄膜的最佳替代材料是掺Al ZnO和掺Ga ZnO(AZO与GZO)。从资源和环境的角度来看，AZO是最佳的候选材料。有关ZnO取代ITO用于LCDs透明电极的问题已在实验室实验中得到解决。目前看来，（射频和直流）磁控溅射是最好的沉积具有实用价值的掺杂ZnO薄膜的方法。在玻璃衬底上制备的AZO薄膜电阻率在10?4Ω?cm 数量级，并且拥有几乎均匀的面电阻分布，其厚度可以超过100nm。为了提高电阻率的稳定性，AZO和GZO共掺杂薄膜有了新进展。一个50nm厚的掺杂V的AZO薄膜具有足够的稳定性，可以作为实际应用中的透明电极。然而，如果薄膜的厚度小于30nm的话要获得与ITO相媲美的掺杂ZnO薄膜还是很困难的。 关键词：透明导电氧化物，薄膜，ITO，AZO， GZO，LCD，透明电极，磁控溅射 1 引言 ITO薄膜实际上作为绝大多数液晶显示器的透明电极。目前，铟已成为用于液晶显示器的ITO的主要原料。并且，最近用于平板显示，碱性电池，薄膜太阳能电池的铟显著增加。因为世界铟储量很有限，所以人们普遍认为在不久的将来铟将会短缺。除了资源的可用性问题，最近铟的价格也增加了约10倍。对于一个蓬勃发展的液晶显示器市场，ITO的稳定供应将很难实现。因此，发展LCDs 透明电极ITO薄膜的替代品显得尤为重要。最近，含少量铟或不含铟的透明导电氧化物作为候选材料备受关注。我们曾经指出ITO的替代品有AZO，GZO，ZnO-In2O3-SnO2或Zn-In-O等多元氧化物[1-5]。本文我们介绍一下作为替代ITO 用于液晶显示器透明电极的材料的现状及前景。特别地，有关AZO和GZO代替ITO用在LCDs存在的问题我们将会特别强调其解决方法。

氧化物透明导电薄膜研究进展综述

本科毕业设计说明书 氧化物透明导电薄膜研究进展综述Development of Transparent Conductive Oxide Films 学院（部）： 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综述 摘要 通过介绍TCO薄膜的功能原理和制备工艺以及现实应用，了解TCO薄膜的特点、作用、研究现状，并由此对TCO的发展前景和研究方向做出总结。 关键词: 透明导电机理；制备工艺；发展前景；TCO

DEVELOPMENT OF TRANSPARENT CONDUCTING OXIDE FILMS ABSTRAC In this paper, Across to 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现如今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、窗口涂层等多个领域。 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 因为其透明性好，电阻率低，易刻蚀和易低温制备等优点，一直以来是显示器领域中的首选TCO薄膜。然而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，在应用方面具有很大的优势。 1 TCO薄膜的特性及机理研究 1.1 TCO薄膜的特性 一般意义上的TCO薄膜具有以下两种性质:(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,其具有显著的综合光电性能。(2)在可见光区(400～800nm)透射率高,平均透射率Tavg>80%; TCO薄膜综合了物质的透明性与导电性的矛盾。透明材料的禁带宽度大(Eg>3eV)而载流子(自由电子)少,导电性差;而另一方面,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,呈现不透明的状态。为了使金属导电氧化物更好的呈现一定的透明性,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是很密集的,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从而引起内光电效应,使其可见光无法透过。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),可见光透射率可高达80%～90%。 1.2 TCO薄膜的机理 1.2.1TCO薄膜的光学机理

银纳米线透明导电膜

目录 1 课题背景 (1) 2 国内外研究进展 (2) 2.1 银纳米线的制备 (2) 2.1.1 银纳米线的制备状况 (3) 2.1.2 银纳米线的生长机理 (4) 2.2 银纳米线透明导电膜的制备 (6) 2.2.1 银纳米线薄膜制备 (6) 2.2.2 后处理工艺 (8) 2.2.3 渗透理论 (11) 2.3 银纳米线透明导电膜的应用 (12) 2.3.1 太阳能电池 (13) 2.3.2 透明加热器 (13) 2.3.3 触摸屏 (13) 2.3.4 显示器 (13) 3 展望 (13) 4 参考文献 (15)

1.课题背景 高导电性和高透光性的透明导电膜对于各种电子器件的性能是很有必要的。具有透明导电膜的光电子器件在我们日常生活中被广泛使用，如触摸面板和液晶显示器。透明导电氧化物通常在这些光电子器件中用作电极[1]。在电子工业中最常用的导电氧化物是氧化铟锡（ITO）[2]，它具有优异的光学透明度和低表面电阻，极大地拓宽了其在光电器件中的用途[3]，例如太阳能电池[4]、触摸屏[5]和平板显示器[6]。然而，ITO也有一些固有的缺点，例如沉积工艺需要高的真空度[7]，沉积温度比较高[8]，相对高的生产成本[9]和易脆的属性[10]。随着电子设备需求的快速增长和具有新特性设备的发展，例如柔性显示器[11]，柔性触摸面板[12]，柔性太阳能电池[13]，柔性晶体管[14]和柔性超级电容器[15]等，ITO不能满足这些要求。因此，一些研究者们已经深入研究了新的透明导电材料以替代ITO。 理想的能替代ITO的材料应该成本低，适应各种基底，且方便制备。最近研究了一些能替代ITO的材料，比如银纳米线[16]、碳纳米管[17]、石墨烯[18]、铝掺杂的氧化锌[19]和导电聚合物[20]。通常，透明导电膜应能够满足广泛不同应用的性能要求。例如，光学烟雾有益于太阳能电池但对触摸面板有害；触摸屏需要的薄层电阻在50-300 Ω/sq 的范围内。然而，太阳能电池薄层电阻应小于10 Ω/sq[21,22]。表1总结了各种透明导电膜的性质和制备方法[23]。 表1各种透明导电膜的性质和制备方法 含碳的透明导电膜主要包括碳纳米管和石墨烯。由于碳纳米管具有高导电性，高

透明导电薄膜

透明导电薄膜 引言：透明导电薄膜作为一种具有低电阻和高透光率的薄膜材料。被应用于显示器、太阳能电池、抗静电涂层、带电防护膜等各种光电材料中。目前广泛研究和应用的透明导电薄膜主要为In2O3∶Sn(ITO)、Sb∶SnO2(ATO)和ZnO∶A1(ZAO)等无机氧化物透明导电薄膜。氧化物薄膜具有透光性好、电阻率低和化学稳定性较好等优点但是作为无机材料，氧化物薄膜的脆性大、韧性差、合成温度高、且和柔性衬底的结合性较差。这些缺点限制了它们的进一步应用。例如．可折叠显示屏上要求透明导电薄膜具有可弯曲性．飞机有机玻璃窗户表面用于加热除霜的薄膜必须与有机基底结合牢固等。 薄膜的组成,设备和制作工艺 首先在室温下将3-巯丙基三甲氧基硅烷（MPTMS)和醋酸以一定物质的量比混合．并搅拌5 h后得到无机前驱体溶液。然后，用传统乳液聚合法制备得到十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂的导电聚苯胺。将一定量的导电聚苯胺溶于氯仿和间甲酚的混合溶剂中，并搅拌3 h；然后混合聚苯胺溶液和无机前驱体溶液。搅拌并陈化6 h后得到有机一无机杂化溶胶溶液实验中醋酸和MPTMS的物质的量比为0.1～1.0，定义为H1～H10：间甲酚与MPTMS的物质的量比为3～7，定义为M3～M7：聚苯胺和二氧化硅的质量比为15／85～50／50，定义为P15～P50。其中，溶胶溶液的浓度为0.5mol.L-1。 实验采用提拉法制备薄膜将用超声清洗并干燥的普通载玻片在杂化溶胶溶液中浸泡20 s后匀速提拉．控制提拉速度为1mm.s-1。然后将沉积有薄膜的载玻片在80℃烘箱中干燥30 min，并在室温中冷却后，重复浸渍提拉干燥过程，制备5层厚度的导电薄膜，最后在80℃烘箱中干燥。 薄膜分析方法、结果及性能 图1为3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)、十二烷基苯磺酸掺杂的聚苯胺(DBSA—PANI)和H4M5P30干凝胶样品的红外光谱图。在MPTMS的红外图谱中，2850和810 cm一分别为硅氧烷的C，H和SiO，C振动吸收峰 1 084 cm一为Si，O基团的吸收峰。在2566 cm处的一个小吸收峰为MPTMS有机链中SH 的吸收峰。同时在DBSA．PANI的红外谱图中，1575和l471 cm一处的吸收峰分别对应聚苯胺中C=C吸收的醌式和苯式结构。为导电聚苯胺的特征吸收峰。此外l 122、l 327和l026 em一处的吸收峰分别为N-Q=N、C—N和S=O吸收峰。当导电聚苯胺和无机前驱体反应杂化后．聚苯胺链中C=C吸收的醌式和苯式结构所对应的峰位移至1580和1454．1 327 cm一所对应的C．N双峰红移至1 249 Cm．同时MPTMS中2 566 cm 所对应的SH吸收峰消失．说明3一巯丙基三甲氧基硅烷中的SH基团已和聚苯胺中氨基基团形成键合．得到杂化结构。另外在杂化干凝胶的红外谱图中，1 149和1 031 cm处出现了一个较大的双峰结构，主要为Si．0．Si结构的振动吸收峰此峰覆盖了聚苯胺的N=Q=N吸收峰原MPTMS 在810 cm 处的SiO—C吸收峰消失。Si．0一si峰的出现和SiO．C峰的消失充分说明硅的网络结构的形成从红外谱图分析看出，用溶胶一凝胶法可以得到无机网络完整的PANI—SiO 杂化材料。

压力作用下透明导电氧化物2H-CuGaO2的结构和性能

· 86 · 压力作用下透明导电氧化物2H-CuGaO 2的结构和性能 刘启祥，刘文婷，鲁一荻，史奔，马艳恒 （西安石油大学材料科学与工程学院，陕西西安 710065） 摘 要： 铜铁矿材料（CuMO 2）性能优良，是具有本征p型半导体特性的透明导电氧化物，且有2H和3R两种结构。为研究2H-CuGaO 2的结构和性能，基于密度泛函理论（DFT）框架下的平面波超软赝势法，计算了压力作用下2H-CuGaO 2的晶体结构、弹性性质和电子结构。研究发现：1）压力增加能够导致2H-CuGaO 2晶胞的收缩；2）在0~30 GPa压力范围内，2H-CuGaO 2是延展性材料；3）当压力为20.83 GPa时，2H-CuGaO 2变得不稳定；4）2H-CuGaO 2是间接跃迁带隙半导体，价带主要由Cu的3d态及O的2p态电子构成，导带主要由Cu的3p态及O的2p态电子构成，且当压力增加时，带隙值线性增大。本研究对相关材料的使用有参考作用。关键词： 透明导电氧化物；2H-CuGaO 2；压力；弹性常数；平面波超软赝势法 中图分类号：O 741+.5 文献标识码：A 文章编号：2095-8412 (2019) 03-086-05工业技术创新 URL : http: //https://www.wendangku.net/doc/0817766516.html, DOI : 10.14103/j.issn.2095-8412.2019.03.017 引言 透明导电氧化物（Transparent Conductive Oxide ，TCO ）是具有优良光电特性的薄膜材料，它有禁带宽度大、在可见光谱区透射率较高、电阻率低等光电特性[1]。TCO 既透明又导电的优异性能，使其在太阳能电池、平面显示、特殊功能窗口涂层及其他光电器件领域得到了广泛的应用[2, 3]。应用领域中的TCO 基本上为n 型氧化薄膜，而性能更为良好的p 型氧化薄膜难以制备。1997年，Kawazoe 等[4]首次采用脉冲激光沉积法成功地制备了具有本征p 型半导体特性的透明导电材料CuAlO 2，不需要复杂的掺杂p 型化处理。在此之后，一批具有p 型半导体特性的铜铁矿材料CuMO 2（M=Ga ，In ，Y ）相继被发现，引发了多年来的研究热潮。 CuGaO 2是八面体结构，会以不同的方式沿c 轴堆积，进而产生不同的相结构，其中3R （R-3m 空间群，菱方）和2H （P63/mmc 空间群，六方）两种结构最为常见。目前虽然也有关于CuGaO 2的研究，如Takashi 等[5]通过脉冲激光沉积法相继制备了性能优良的沉积态CuGaO 2及CuGaO 2薄膜，再如Godinho 等[6]通过不同的软件及方法对CuGaO 2的相关性质进行了计算研究，但这些研究基本都是以3R-CuGaO 2为中心开展的，关于2H-CuGaO 2的研究则非常少。在实际使用过程中，CuGaO 2需要承受一定的压力， 压力的存在会导致CuGaO 2的结构发生转变，从而引起其性能的变化，这些研究对于拓展2H-CuGaO 2的应用领域相当重要。 本文采用基于密度泛函理论（DFT ）的平面波超软赝势法，计算2H-CuGaO 2在压力作用下的相关性质。 1　研究路线 研究路线如下： （1）利用Materials Studio 软件，根据实验数据建立2H-CuGaO 2晶体结构。 （2）通过CASTEP 模块，选择GGA （广义梯度近似）中的Perdew-Wang 1991（PW91）函数作为交换关联能。 （3）对2H-CuGaO 2晶体结构进行优化。 （4）在CASTEP 模块中利用平面波超软赝势法对研究体系的晶体结构、弹性性质、电子结构等进行计算及分析。 目前的平面波电子结构数值计算中，范数守恒（Norm-conserving ）和超软（Ultra-soft ）赝势是两种最常用的赝势。这两种赝势使基组可用较低的截断频率来描述电子的波函数。超软赝势松弛了范数守恒赝势中的限制条件，进一步缩小了计算必需的基组集合，从而可在有限的计算资源下达到一定的数值收敛。同时，超软赝势让波

透明导电膜玻璃TCO

一、玻璃导电的机理 众所周知，不同种类的物质，其导电的机理是不同的。金属导体导电，是由于在金属导体中有可以自由移动的自由电子的作用；半导体导电，是靠半导体中空穴的移动作用而使电子传导得以实现；电解质水溶液导电，是由于在电解质水溶液中有可以自由移动的离子的作用；离子化合物的晶体导电是在具有晶格缺欠的情况下，虽然是固体，但由于离子的迁移而导电。那么，玻璃导电的机理是什么呢？ 在室温条件下，玻璃是相当好的绝缘体。一般来说，玻璃的电阻率在1010Ω/m～1015Ω/m之间。但是，温度升高，玻璃就要被软化，处于熔融状态中玻璃的电阻可降到几个欧姆，导电性能增强。即，玻璃从固体变成液体状态时可以导电。玻璃导电的能力由玻璃结构中离子的移动程度决定。玻璃是离子化合物晶体。玻璃的种类不同，其离子的种类以及比例含量都不同。以最常见的苏打石灰玻璃为例，其主要成分为SiO2，通常由于结构中存在晶格缺欠，晶体中的Na+在温度升高时由一个空穴迁移到另一个空穴而导电。由此可见，玻璃导电是属于离子导电 二、透明导电膜玻璃（TCO Coating Glass） 透明导电膜玻璃（TCO Coating Glass）是指在平板玻璃表面通过物理或化学镀膜方法均匀的镀上一层透明的导电氧化物薄膜（Transparent Conductive Oxide）而形成的组件。对于薄膜太阳能电池来说，由于中间半导体层几乎没有横向导电性能，因此必须使用TCO玻璃有效收集电池的电流，同时TCO薄膜具有高透和减反射的功能让大部分光进入吸收层。TCO玻璃的生产工艺TCO玻璃工艺主要分为超白浮法玻璃生产、TCO镀膜。超白浮法玻璃生产工艺难度较高，目前世界上主要供应商有日本旭硝子、美国PPG、法国圣戈班等，国内供应厂家有限，目前仅金晶科技、南玻、信义能够供货。 透明导电膜玻璃（TCO Coating Glass）的种类主要为氧化铟锡透明导电膜玻璃（ITO Coating Glass）、掺Al氧化锌透明导电膜玻璃（AZO Coating Glass）和掺F氧化锡（FTO Coating Glass）三种；ITO透明导电膜玻璃广泛的使用于大面积平板显示领域，国内ITO导电膜玻璃生产厂家主要有深圳南玻显示事业部、深圳莱宝光学、蚌埠华益导、芜湖长信，深圳天泽等众多厂家，技术也能与日本与欧美厂家竞争；而FTO透明导电膜和AZO透明导电膜的主要生产商有日本旭硝子（Asahi）、板硝子（NSG）与美国AFG，国内非晶硅薄膜电池厂因需求不大、尺寸规格特殊，所以议价空间小，进货价格高，甚至有钱也不一定买的到货。由于没有稳定的TCO导电膜货源，有些国内非晶硅薄膜电池厂则改用ITO 来代替，效果不好，价格亦贵。 三、氧化铟锡透明导电膜玻璃（ITO Coating Glass）