透明导电薄膜(I):掺杂透明导电氧化物薄膜
2021-07-22闫彩波周艳文
闫彩波,周艳文,王 鼎
(辽宁科技大学 材料与冶金学院,辽宁 鞍山 114051)
20世纪80年代以来,薄膜材料及其相关技术一直是研究的热点,特别是透明导电薄膜引起了人们的广泛关注。透明导电氧化物(Transparent conductive oxide,TCO)是一种宽禁带半导体材料,具有电子为多子的n型和空穴为多子的p型两种半导体类型。多数TCO薄膜可见光透过率高、红外反射率高、导电性好、耐摩擦、具有良好的化学稳定性等诸多优点,广泛应用于太阳能电池、平板显示器等领域[1-2]。
追溯到1907年,Bakdeker制备出第一种TCO薄膜氧化镉(CdO)[3-4]。然而,直到第二次世界大战,由于军事上的需要,TCO薄膜才开始得到广泛的重视。1950年前后分别出现了以氧化锡(SnO2)、氧化铟(In2O3)为基体的TCO薄膜。1980年代,以氧化锌(ZnO)为基体的TCO薄膜逐渐兴起[4]。1990年代中期,新型的TCO薄膜逐渐问世,以SnO2、In2O3、ZnO为基体的薄膜开始通过元素掺杂而被制成了更优质的TCO薄膜,如掺锡氧化铟(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)和掺氟氧化锡(FTO)。其中,In2O3基透明导电氧化物因其低电阻率和半导体加工方面的优势而得到广泛应用。但In是稀有金属,价格昂贵,成本较高,且在氢等环境中很不稳定。SnO2和ZnO基透明导电氧化物由于成本低廉,在某些应用中具有替代In2O3基透明导电氧化物的潜力。近年来p型半导体透明导电薄膜Cu2O、CuAlO2等研究也取得了进展,为制备透明半导体器件提供了可能。
TCO薄膜作为光电子科学领域主要光学材料之一,已经广泛应用到太阳能电池、等离子体液晶显示器、气敏元件、抗静电涂层、节能玻璃窗、风挡防霜雾玻璃等领域。……
