ZnO基透明导电氧化物薄膜试卷.pptx

ZnO基透明导电薄膜 许君君 联培一班主要内容 1.透明导电薄膜 2.ZnO基透明导电膜的应用 3.ZnO基透明导电膜的制备 4.影响ZnO基透明导电膜性能的因素 5.ZnO基透明导电膜的研究热点 透明导电薄膜 透明导电薄膜(transparent conductive film,TCF)是一种重要的光电材料，它具有导电、可见光区透明、紫外光区截止以及红外光区较高的反射率等特性，在信息(显示)及能源(太阳能电池)等领域的作用日益凸显。 TCF 金属膜系 氧化物膜系（TCO) 其他化合物膜系 高分子膜系 复合膜系 SnO2:X In2O3 ZnO:X 透明导电薄膜 透明导电薄膜导电机理： 对于未掺杂的ZnO而言，ZnO中的价带由O2p电子充满，导带主要由Zn4s电子占据，费米能级位于价带和导带之间。当在ZnO中引入Ga时，Ga原子能在ZnO晶格中占据Zn晶格位置，Ga3+离子替代原有的Zn2+,形成一个施主能级（Ga.Zn）。这个施主能级位于主晶格Zn4s形成的导带的下面，并且每一个替代原子贡献一个电子，同时在ZnO中存在着许多氧空位，氧空位也形成施主能级（V..o）,每一个氧空位贡献两个电子。 ZnO基透明导电膜的应用 ZnO基透明导电膜不仅可以作为太阳能电池的透明电极材料和宽禁带窗口材料，也可以用在包括液晶显示等的平板显示中，同时还可以用作LED的电极层以及透明视窗，用在电磁防护等方面。 ZnO基透明导电膜的制备 分子束外延法 化学气相沉积法 脉冲激光沉积法 真空蒸镀法 喷雾热解法 溶胶-凝胶技术 在高真空或者超高真空下，用分子束或原子束输运源进行外延生长的方法。 先驱物经过载气的携带，输运到加热的生长区,经过化学反应之后，在衬底上得到薄膜。 利用准分子激光器所产生的高强度脉冲激光束聚焦于靶材表面，使靶材表面产生高温及熔蚀，并进一步产生高温高压等离子体，这种等离子体定向局域膨胀发射，并在加热的衬底上沉积形成薄膜。 在相对真空环境中对反应物进行加热，使其受热蒸发，蒸发粒子在工作腔室中做不规则热运动，到达衬底表面时在衬底上凝结。 其工作原理是利用金属的热分解效应，在预先加热的衬底上沉积形成薄膜。其过程可以简化为将各金属盐按制备复合型粉末所需的化学计量比配成前驱体溶液,经雾化器雾化后,在预先加热的衬底上分解沉积形成薄膜。 金属有机或无机化合物，经溶液、溶胶、凝胶而固化，在溶胶或凝胶状态下成型，再经热处理转化为氧化物或其他化合物固体材料。 ZnO基透明导电膜的制备 原子层沉积法： 原子层沉积方法是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层地镀在基体表面的方法。原子层沉积与普通的化学沉积有相似之处，但是在原子沉积过程中，新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的，这种方式使每次反应只沉积一层原子。 适用于需要精确控制沉积厚度、台阶覆盖和保形性的情况。 ZnO基透明导电膜的制备 原子层沉积的过程： 原子层沉积是通过将至少两种气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉 积基体上化学吸附并反应，从而形成沉积膜。当前躯体达到沉积基体表面， 它们会在其表面化学吸附并发生表面反应，在前驱体脉冲之间需要用惰性气 体对原子层沉积反应器进行清洗。 脉冲A 清洗A 脉冲B 清洗B ZnO基透明导电膜的制备 原子层沉积技术制备ZnO膜： 衬底:单晶蓝宝石 前驱源：锌源：二乙基锌 氧源：去离子水和氧气 载气：氩气 模式：热型原子层沉积生长模式（T-ALD） 氧等离子体增强型原子层沉积生长模式（PEALD） 影响ZnO基透明导电膜性能的因素 掺杂元素的影响： 掺杂浓度：由于ZnO基薄膜在室温下的载流子浓度低于TCO薄膜在实际 应用中所需要的载流子浓度，因此需要对它进行掺杂，但 是掺杂需要有限度。 影响ZnO基透明导电膜性能的因素 ⅢA族元素的掺杂：掺杂元素的离子半径与Zn2+的半径更接近，引起的晶格畸 变程度更小，得到的电学性能更好（ZnO:Ga＞ZnO:Al） 双重掺杂：掺杂元素的离子半径与Zn2+或O2-的原子半径不同会引起晶格常数 的变化。针对这个问题可以采用双重掺杂的方法解决。用Ga和Mg 同时掺杂ZnO（Ga2+:0.062nm；Mg2+:0.057nm；Zn2+：0.060nm）， 可以发现MGZO结构具有更好的稳定性，且其电阻率更低，带隙更 宽。 影响ZnO基透明导电膜性能的因素 生长情况的影响： 制