透明导电氧化物材料的研究现状
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杂 氧化锌 （ Ｚ Ａ Ｏ） 被 认 为是 最 有 希 望替 代 Ｉ Ｔ Ｏ 的 Ｔ Ｃ Ｏ材料 ． 本文综述 Ｔ Ｃ Ｏ材 料 的研 究 现 状 ， 重 点 介 绍
Ｉ Ｔ Ｏ和 Ｚ Ａ Ｏ， 并就 Ｔ Ｃ Ｏ材 料 目前 发展 的方 向及 面
足 的发展 ． 透 明导 电氧 化 物 （ Ｔ Ｃ Ｏ） 薄 膜作 为 平 板 显示 器和太 阳能 电池 的主要 电极材料 ， 成为人们 的
（ ４ ） 离子源处理． 离 子 源 处 理 技 术 类 似 于抛
光， Ａ ｒ 离 子处 理 类 似 机 械 抛 光 ， Ｏ离 子 的作 用 又 类 似 于化学 抛光 ， 通 过 改 变 气 体 可实 现 表 面粗 糙
０ 引言
随着社 会信 息化 的发展 和世 界能 源危机 日益
突出， 平板 显示 行业 和 太 阳能 电池 行业 得 到 了长
（ Ｉ Ｔ Ｏ） 的 出现 ． 自此 ， 新型 Ｔ Ｃ Ｏ材 料层 出不 穷 ， 应
用最 广 的是 Ｓ ｎ Ｏ ， Ｉ ｎ Ｏ ３ 和Ｚ ｎ Ｏ基 材料 ， 其 中铝掺
摘
要： 阐述 了透 明导 电氧化物材料的研究 现状 ， 重 点介绍 Ｉ Ｔ Ｏ薄膜和靶 材的研究 进展及 Ｚ Ａ Ｏ薄膜 的研
究现状 ， 并就透 明导 电材料发展的方向及 面临的挑 战进行 了分析讨论．
关键词 ： Ｔ Ｃ Ｏ； Ｉ Ｔ Ｏ； Ｚ Ａ Ｏ； Ｉ Ｇ Ｚ Ｏ
文献标识码 ： Ａ
有机 统一起 来 ． 透 明导 电薄 膜按 材 料 不 同可 分 为 金属 透 明导 电薄 膜 、 Ｔ Ｃ Ｏ薄 膜 、 非 氧化 物 透 明 导
电薄 膜及 高分子 透 明导 电薄膜 ． 其中 Ｔ Ｃ Ｏ薄膜 因 其优 异 的光 电综 合性 能和化 学稳 定性 而成为 透 明 导 电 电极 的最佳 选 择 ． 其 可 见光 透 过 率 一般 要 高 于８ ０ ％， 电阻率不 高 于 １ ０ ｎ・ ｃ ｍ， 即透 明导 电 电极 材料 的载 流子浓 度 不低 于 １ ０ 加ｃ ｍ～， 禁 带 宽 度 大约为 ３ ｅ Ｖ左 右． 最早 报道 的 Ｔ Ｃ Ｏ薄膜是淡 黄
第３ ４卷 第 ５期 ２ ０ １ ３年 ｌ ０月
大 连 交 通 大 学 学 报
Ｊ ０ ＵＲＮＡ Ｌ ０ Ｆ ＤＡＬ Ｉ ＡＮ
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ５ பைடு நூலகம்０ｃ ｔ ． ２ ０１ ３
Ｊ Ｉ Ａ０Ｔ ０ ＮＧ ＵＮＩ Ｖ ＥＲ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ
文章编号 ： １ ６ ７ ３ — ９ ５ ９ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ ． ０ ０ ９ ４ — ０ ５
产 生会 留下两 个 弱束 缚 的 电子 ． 这 些 弱束 缚 的 电 子 等价 于 自由电子 ， 在 电场 作用下 即可定 向移 动． 导 电机制 的方程 式如 下 ： 替换 掺杂 ：
色的 Ｃ ｄ Ｏ ， 由Ｂ ？ｄ ｅ ｋ ｅ ｒ 于１ ９ ０ ７年发现 ， 其 电阻率 约 １ ． ２ Ｘ １ ０ ｎ・ ｃ ｍｌ １ １ ． Ｔ Ｃ Ｏ材料 在 商 业 上 的广
１ Ｉ Ｔ ｏ 的研 究现 状
１ ． １ Ｉ Ｔ Ｏ 薄膜 的研 究现 状
对可 见光有 很 强 的吸 收作 用 ， 从 而 会 大 大降 低 透 过率 ； 材料 要保持 良好 的可见 光透光 性 ， 其 等离 子 频 率就 要低 于可 见 光 频率 ， 而等 离 子频 率 随 载 流 子 浓度 的增 加而增 加 ， 从 而 限制 了材 料 的导 电性 ．
透 明 导 电 氧 化 物 材 料 的 研 究 现 状
向光 ， 王 华 林
（ １ ． 广 东 凯盛 光 伏 技 术 研 究 院 有 限 公 司 ， 广东 佛 山 ５ ２ ８ １ ３ ７ ；２ ． 大连 交通 大 － ９ 材料科 － ９与工程学 院， 辽 宁
大连 １ １ ６ ０ ２ ８ ） 米
Ｅ－ ｍ ａｌ ｌ ： ｘ ｇ ＠ ｅ ｔ ｉ ｅ ｅ ． ｎ ｅ ｔ ．
第 ５期
向光， 等： 透明导 电氧化物材料 的研 究现状
９ ５
Ｉ ｎ ２ Ｏ，
Ｉ ｎ３
２＿
＋ （ Ｉ ｎ ¨． ２ ｅ ） ０ ； ： ＋ 詈 ０ Ｔ
（ ２ ）
均 方根粗 糙 度从 ３ ． ２降为 １ ． ２ ｎ ｍ；
研 究热点 ， 人们对 Ｔ Ｃ Ｏ材料 的需求也越来越大． 透 明和导 电从 物 理 角度 来 看 是相 互 矛盾 的．
临 的挑 战进行 了分析讨 论．
为使 材料具 有 良好 的导 电性 ， 就 必 须 具有 较 高 浓
度 的载流子 （ 自有 电子 或 空穴 ） ， 而 高浓 度 载流 子
决定 了其 低 电阻 、 高透 过率 等众多性 能 ， 其 电阻率
约１ ０ Ｑ・ ｃ ｍ， 可 见 光透 过 率 ８ ５ ％ 以上 ． Ｉ Ｔ Ｏ导 电机 理有 二 ： 首先 ， 四价 ｓ ｎ替代 三价 的 Ｉ ｎ会 多 出
一
个 电子 ， 这 个 电子是 弱束缚 的 ； 另外 ， 氧空 位 的
透 明导 电薄膜 正是 在 这 种矛 盾 的 基础 上 ， 使 二 者
Ｉ Ｔ Ｏ是 铟 锡 氧 化物 的简 写 ， 也 称 为 掺 锡 氧 化
铟， 是一种 宽禁 带透 明导 电材 料 ， 是 ｎ型 半 导体 ． 与Ｉ ｎ Ｏ 一样， Ｉ Ｔ Ｏ是 体 心立 方 铁锰 矿 结 构 ， 其 中 部分 Ｉ ｎ原子 被 ４价 的 Ｓ ｎ替 代 ， 而它 的这 种 结 构
泛 应用 始 于 ２ ０世 纪 ６ ０年 代 末 锡 掺 杂 氧 化 铟
Ｉ ｎ ２ Ｏ ３ ＋ ｘ Ｓ ｎ
氧空位 ：
Ｉ ｎ ｉ ： （ Ｓ ｎ ・ ｅ ） Ｏ ３ ＋ ｘ ｌ ｎ
（ １ ）
米 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ５ — １ ２
作者简介 ： 向光 （ １ ９ ５ ６一） ， 男， 高级工程师 ， 学士 ， 主要从 事无 机非金属材料方面 的研究
Ｉ Ｔ Ｏ和 Ｚ Ａ Ｏ， 并就 Ｔ Ｃ Ｏ材 料 目前 发展 的方 向及 面
足 的发展 ． 透 明导 电氧 化 物 （ Ｔ Ｃ Ｏ） 薄 膜作 为 平 板 显示 器和太 阳能 电池 的主要 电极材料 ， 成为人们 的
（ ４ ） 离子源处理． 离 子 源 处 理 技 术 类 似 于抛
光， Ａ ｒ 离 子处 理 类 似 机 械 抛 光 ， Ｏ离 子 的作 用 又 类 似 于化学 抛光 ， 通 过 改 变 气 体 可实 现 表 面粗 糙
０ 引言
随着社 会信 息化 的发展 和世 界能 源危机 日益
突出， 平板 显示 行业 和 太 阳能 电池 行业 得 到 了长
（ Ｉ Ｔ Ｏ） 的 出现 ． 自此 ， 新型 Ｔ Ｃ Ｏ材 料层 出不 穷 ， 应
用最 广 的是 Ｓ ｎ Ｏ ， Ｉ ｎ Ｏ ３ 和Ｚ ｎ Ｏ基 材料 ， 其 中铝掺
摘
要： 阐述 了透 明导 电氧化物材料的研究 现状 ， 重 点介绍 Ｉ Ｔ Ｏ薄膜和靶 材的研究 进展及 Ｚ Ａ Ｏ薄膜 的研
究现状 ， 并就透 明导 电材料发展的方向及 面临的挑 战进行 了分析讨论．
关键词 ： Ｔ Ｃ Ｏ； Ｉ Ｔ Ｏ； Ｚ Ａ Ｏ； Ｉ Ｇ Ｚ Ｏ
文献标识码 ： Ａ
有机 统一起 来 ． 透 明导 电薄 膜按 材 料 不 同可 分 为 金属 透 明导 电薄 膜 、 Ｔ Ｃ Ｏ薄 膜 、 非 氧化 物 透 明 导
电薄 膜及 高分子 透 明导 电薄膜 ． 其中 Ｔ Ｃ Ｏ薄膜 因 其优 异 的光 电综 合性 能和化 学稳 定性 而成为 透 明 导 电 电极 的最佳 选 择 ． 其 可 见光 透 过 率 一般 要 高 于８ ０ ％， 电阻率不 高 于 １ ０ ｎ・ ｃ ｍ， 即透 明导 电 电极 材料 的载 流子浓 度 不低 于 １ ０ 加ｃ ｍ～， 禁 带 宽 度 大约为 ３ ｅ Ｖ左 右． 最早 报道 的 Ｔ Ｃ Ｏ薄膜是淡 黄
第３ ４卷 第 ５期 ２ ０ １ ３年 ｌ ０月
大 连 交 通 大 学 学 报
Ｊ ０ ＵＲＮＡ Ｌ ０ Ｆ ＤＡＬ Ｉ ＡＮ
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ５ பைடு நூலகம்０ｃ ｔ ． ２ ０１ ３
Ｊ Ｉ Ａ０Ｔ ０ ＮＧ ＵＮＩ Ｖ ＥＲ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ
文章编号 ： １ ６ ７ ３ — ９ ５ ９ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ ． ０ ０ ９ ４ — ０ ５
产 生会 留下两 个 弱束 缚 的 电子 ． 这 些 弱束 缚 的 电 子 等价 于 自由电子 ， 在 电场 作用下 即可定 向移 动． 导 电机制 的方程 式如 下 ： 替换 掺杂 ：
色的 Ｃ ｄ Ｏ ， 由Ｂ ？ｄ ｅ ｋ ｅ ｒ 于１ ９ ０ ７年发现 ， 其 电阻率 约 １ ． ２ Ｘ １ ０ ｎ・ ｃ ｍｌ １ １ ． Ｔ Ｃ Ｏ材料 在 商 业 上 的广
１ Ｉ Ｔ ｏ 的研 究现 状
１ ． １ Ｉ Ｔ Ｏ 薄膜 的研 究现 状
对可 见光有 很 强 的吸 收作 用 ， 从 而 会 大 大降 低 透 过率 ； 材料 要保持 良好 的可见 光透光 性 ， 其 等离 子 频 率就 要低 于可 见 光 频率 ， 而等 离 子频 率 随 载 流 子 浓度 的增 加而增 加 ， 从 而 限制 了材 料 的导 电性 ．
透 明 导 电 氧 化 物 材 料 的 研 究 现 状
向光 ， 王 华 林
（ １ ． 广 东 凯盛 光 伏 技 术 研 究 院 有 限 公 司 ， 广东 佛 山 ５ ２ ８ １ ３ ７ ；２ ． 大连 交通 大 － ９ 材料科 － ９与工程学 院， 辽 宁
大连 １ １ ６ ０ ２ ８ ） 米
Ｅ－ ｍ ａｌ ｌ ： ｘ ｇ ＠ ｅ ｔ ｉ ｅ ｅ ． ｎ ｅ ｔ ．
第 ５期
向光， 等： 透明导 电氧化物材料 的研 究现状
９ ５
Ｉ ｎ ２ Ｏ，
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＋ （ Ｉ ｎ ¨． ２ ｅ ） ０ ； ： ＋ 詈 ０ Ｔ
（ ２ ）
均 方根粗 糙 度从 ３ ． ２降为 １ ． ２ ｎ ｍ；
研 究热点 ， 人们对 Ｔ Ｃ Ｏ材料 的需求也越来越大． 透 明和导 电从 物 理 角度 来 看 是相 互 矛盾 的．
临 的挑 战进行 了分析讨 论．
为使 材料具 有 良好 的导 电性 ， 就 必 须 具有 较 高 浓
度 的载流子 （ 自有 电子 或 空穴 ） ， 而 高浓 度 载流 子
决定 了其 低 电阻 、 高透 过率 等众多性 能 ， 其 电阻率
约１ ０ Ｑ・ ｃ ｍ， 可 见 光透 过 率 ８ ５ ％ 以上 ． Ｉ Ｔ Ｏ导 电机 理有 二 ： 首先 ， 四价 ｓ ｎ替代 三价 的 Ｉ ｎ会 多 出
一
个 电子 ， 这 个 电子是 弱束缚 的 ； 另外 ， 氧空 位 的
透 明导 电薄膜 正是 在 这 种矛 盾 的 基础 上 ， 使 二 者
Ｉ Ｔ Ｏ是 铟 锡 氧 化物 的简 写 ， 也 称 为 掺 锡 氧 化
铟， 是一种 宽禁 带透 明导 电材 料 ， 是 ｎ型 半 导体 ． 与Ｉ ｎ Ｏ 一样， Ｉ Ｔ Ｏ是 体 心立 方 铁锰 矿 结 构 ， 其 中 部分 Ｉ ｎ原子 被 ４价 的 Ｓ ｎ替 代 ， 而它 的这 种 结 构
泛 应用 始 于 ２ ０世 纪 ６ ０年 代 末 锡 掺 杂 氧 化 铟
Ｉ ｎ ２ Ｏ ３ ＋ ｘ Ｓ ｎ
氧空位 ：
Ｉ ｎ ｉ ： （ Ｓ ｎ ・ ｅ ） Ｏ ３ ＋ ｘ ｌ ｎ
（ １ ）
米 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ５ — １ ２
作者简介 ： 向光 （ １ ９ ５ ６一） ， 男， 高级工程师 ， 学士 ， 主要从 事无 机非金属材料方面 的研究