1.薄膜材料：应用领域：材料科学、能源、信息 、微电子工业等;尤其宽禁带半导体光电功能材料，已成为各国研究的重点。           

    研究目的：利用新材料制备具有最佳性能的器件提高 生产率，降低成本;

发展方向：透明导电薄膜、具有低电阻、 高透射率等 可作为透明导电窗口。

2.什么是透明导电膜

透明导电膜(TCO)目前最主要的应用是ITO膜,还有其他AZO等，ITO 薄膜是一种半导体透明薄膜, 它是氧化铟锡英文名称的缩写。有学者将氧化铟系列( In2O22SnO2) 也称之为ITO 薄膜。作为透明导电电极, 要求ITO 薄膜有良好的透明性和导电性。所以, 此类材料的禁带宽度E g 一般都大于3 eV , 其掺杂组分要偏离化学计量比。ITO 薄膜的制备方法有蒸发、溅射、反应离子镀、化学汽相沉积、热解喷涂等, 但使用最多的是反应磁控溅射法[ 1, 2 ]。与其它透明导电薄膜相比, ITO 薄膜具有良好的化学稳定性、热稳定性以及良好的图形加工特性。我们发现经过铯化处理的ITO 薄膜具有光电发射效应。其光电发射稳定, 有1. 71 ua/lm 的积分灵敏度, 寿命达千小时以上。这种ITO 薄膜的光电发射对于研制大面积的光电器件、平板显示器件会有较大的促进作用。

3. 透明导电膜的历史

1907年最早使用CdO材料为透明导电镀膜，应用在photovoltaic cells。

1940年代，以Spray Pyrolysis及CVD 方式沉积SnOx于玻璃基板上。

1970年代，以Evaporation 及Sputtering 方式沉积InOx及ITO。

1980年代，磁控溅镀﹙magnetron sputtering﹚开发，使低温沉膜制程，不论在玻璃及塑胶基板均能达到低面阻值、高透性ITO薄膜。

1990年代，具有导电性之TCO陶瓷靶材开发，使用DC 磁控溅镀ITO，使沉积制程之控制更加容易，各式TCO材料开始广泛被应用。

2000年代，主要的透明导电性应用以ITO 材料为主，磁控溅镀ITO成为市场上制程的主流。

4.透明导电膜的两大系

透明导电膜是既有高的导电性，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。透明导电膜主要有金属膜和氧化物半导体膜两大类。 

（1）金属透明导电薄膜

当金属膜的厚度在约20nm以下时对光的反射和吸收都较小。由于金属薄膜中存在自由电子，因此在膜很薄时也具有很好的导电性，且在基片温度较低时就可制备出低电阻膜。常见的金属透明导电膜有金、银、铜、铝、铬等。为了制备平滑连续的膜，需要先镀一层氧化物做衬底，再镀金属膜。金属膜的强度较低，其上面常要再镀一层保护层如SiO2或Al2O3等。 

（2）氧化物半导体透明导电膜 

这类导电膜主要有SnO2、In2O3、ZnO、CdO、Cd2SnO4等，它们都是n型半导体。对这种导电膜要求禁带宽度在约3eV以上，且通过掺杂可使其具有高的载流子浓度以得到高的导电率。目前，应用最广泛的是SnO2和In2O3薄膜。作为半导体材料，化学计理比的SnO2膜电导率很低，为增加电导率需要加入一些高价离子如Sb5+、P5+等。这样得到的膜导电性好，对可见光有优异的透光性，强度和化学稳定性都很好，加之成体低，因而得到广泛应用。根据不同要求可采用CVD、PVD乃至喷涂法来制备。 

经过掺杂的In2O3的透光性和导电性均优于SnO2，因而近年来得到比SnO2更为广泛的应用。化学计量比的In2O3膜，其电导率也很低，为增加电导率需要添加一些锡，通常将这种膜称为ITO（铟锡氧化物）薄膜，主要是用真空蒸镀或溅射等PVD法来制备，以在较低温度得到高性能膜。

5. 透明导电膜的用途

透明导电膜（主要是SnO2和ITO）具有很广泛的用途，例如用于液晶显示器件及太阳能电池的透明电极，由于对红外线具有反射能力而被用作防红外线膜、太阳能集热器的选择性透射膜、玻璃上的防霜透明发热膜等。 

1. SnO2透明导电薄膜 

（1）工艺特点 

利用超声雾化热解淀积工艺，将SnO2:F透明导电薄膜制备于耐高温的衬底之上。本工艺突出的优点是：所需设备简单，工艺周期短，原材料价格低廉，可制备出与物理淀积方法性能相当的高质量薄膜，尤其可将SnO2:F透明导电薄膜均匀地制备于管状衬底的内壁。 

（2）透明电热膜的性能特点 

•电热转换效率高、节能省电 •寿命长、不易损坏 

•外观选择性强、适用范围广 •热惯性小 

•无明火、安全可靠 •产品可小型化、薄型化 

•加工工艺简单、结构简单、成本低 

（3）应用 

SnO2透明导电薄膜作为一种多功能的无机材料，不仅兼备低电阻，高的可见光透过率，还具有优良的膜强度和化学稳定性，近年来在功率加热，抗反射涂层，太阳能电池，液晶显示及光电器件等领域中得到了广泛的应用。将透明导电膜镀于容器表面或玻璃管内壁作为加热热源，其导电性好、加热均匀、电热转换效率高，直交流电均可使用。透明导电膜透光度好、无眩光、加热均匀、导电性好的特点，将透明导电膜镀于汽车、飞机的防风玻璃上，可防止水雾的产生。透明导电膜允许可见光射入室内，同时又能反射红外线的热能，可见光透过率高达91％。因此可镀于玻璃上形成抗反射涂层制成节能玻璃。 

2. 锡掺杂的氧化铟(ITO)透明导电膜 

锡掺杂的氧化铟(ITO)透明导电膜是一种重要的光电子信息材料，优良的光电特性使其在太阳能电池、液晶显示器、热反射镜等领域得到广泛的应用。对以玻璃为衬底的ITO透明导电膜已进行过广泛深入的研究。有机薄膜基片ITO透明导电膜具有可挠曲、重量轻、不易碎、易于大面积生产、便于运输和设备投资少等独特优点。近年来，国外学者对有机衬底透明导电膜的低温制备及光电特性进行了研究，结果表明，它可望实现如同玻璃基片透明导电膜那样的光电特性。　　有机衬底透明导电薄膜可广泛应用于制造柔性发光器件、塑料液晶显示器和柔性衬底非晶硅太阳能电池，可用作透明电磁屏蔽及触敏覆盖层等，还可作为透明隔热保温材料用于塑料大棚、汽车玻璃和民用建筑玻璃贴膜。目前国际上报道的柔性衬底ITO透明导电膜大都是采用磁控溅射法制备的。 

采用 DM-300 型蒸发系统制备薄膜。用钨丝加热的石英玻璃舟蒸发高纯度的铟锡合金(纯度为99.999％)，铟锡(锡的质量分数为10%)合金的蒸发温度约为800 ℃，以纯净的氧气作为反应气体，氧分压为2×10-2 Pa，系统的基础真空度为10-3 Pa 。衬底用电阻加热，温度在室温到300 ℃范围内连续可调，由铜-康铜热电偶监控。采用7059玻璃和有机聚合物薄膜 PI作为衬底基片，蒸发源到基片的距离为25 cm。蒸发源的加热功率保持不变，薄膜生长速率约为 5 nm/min。 

采用真空反应蒸发技术，在衬底温度为80～240 ℃条件下，蒸发高纯铟锡合金，在有机薄膜基片上制备出ITO透明导电薄膜。该薄膜具有(111)择优取向，平均晶粒度约为15～30 nm。适当调节制备参数，可以获得电阻率为6.63×10-4 Ω.cm、可见光范围内平均透过率大于82％的高质量的有机薄膜衬底ITO透明导电膜。 

3. 透明导电薄膜 (TCO) 

透明导电薄膜 (TCO) 具有良好导电性及透光性，广泛应用于液晶显示器、触控面板、电磁波防护与太阳能电池等。TCO 薄膜在应用上常镀制于玻璃基板，但玻璃易碎、且大尺寸玻璃不易制作。应用新式低温镀膜制程技术成功开发高透光性与高导电性 TCO 薄膜，将 TCO 薄膜镀制于塑料基板，可制作各种尺寸、曲面形状的可挠 (软) 性光电组件。 

规格:可见光穿透率 > 85% (@ 400 – 700 nm) 电阻率 < 10 Ω⋅cm 

表面粗糙度 (rms) < 1.4 nm

应用领域:平面显示器用透明导电薄膜、 可挠 (软) 性导电塑料基板、 电磁波遮蔽板、 抗反射导电薄膜基板。

6.ZnO薄膜的基本性质--几种宽禁带半导体基本性质比较

ZnO为直接带隙的宽禁带半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV,且束缚激子能高达 60meV, 比室温热离化能 26 meV 大很多。因此，与ZnSe(22 meV), ZnS(40 meV)和GaN (25 meV)相比, ZnO是一种合适的用于室温或更高温度下的紫外光发射材料。表一列出了ZnO和其他宽禁带半导体发光材料的基本性质。具有大的束缚能的激子更易在室温下实现高效率的激光发射。另一方面，ZnO比GaN的生长温度几乎低一倍，这就在很大程度上避免了因高温生长而导致的膜与衬底间的原子互扩散，曾有报道这种互扩散常在膜与衬底的界面形成一个薄的高掺杂n型简并层，极大地影响了整个膜层的电学输运性质。

与其它透明导电薄膜相比, ITO 薄膜具有良好的化学稳定性、热稳定性以及良好的图形加工特性。下载本文