透明导电膜

在Sn02中掺入Sb(ATO)或F（FTO）对提 高电导率有显著作用。 制备方法有CVD方法、真空蒸镀法、溶 胶-凝胶法、溅射方法等。
溶胶-凝胶法制备FTO

氟掺杂具有更高的 电导率，光透射率 和红外反射率，可 同时增大其迁移率 和载流子浓度。
In2O3

体心立方结构 真空蒸发、溅射方法等。 比Sn02有更好的透过率、更高的导电牢， 而且可在较低的基板温度下制备。
ITO/ZnO/CdS/CdTe电池

在ITO膜上沉积ZnO后，虽然薄膜的总厚度增加了，但 透过率反而增大，这将使更多的光子进入窗口层。
ZnO：Al(ZAO)


20世纪80年代初期发展起来的一类新型 透明导电材料。 ZAO具有与ITO可比拟的光电学性能，原 材料储量丰富，价格便宜，无毒性，在 氢等离子体环境中良好的稳定性等优势， 被认为是当前极具发展潜力的ITO的替代 者。
氧化物透明导电膜
In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其复合多 元氧化物薄膜材料，包括SnO2、 In2O3和ZnO，SnO2:F（FTO）、 SnO2:Sb（ATO）、In2O3:Sn （ITO）、ZnO:Al（AZO）、 Cd2SnO4（CTO）、Mo（MIO）等。
主要内容
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SnO2、SnO2:F（FTO） In2O3、In2O3:Sn（ITO） ZnO、ZnO:Al Cd2SnO4（CTO）

制备方法：蒸发、溅射、反应离子镀、 化学汽相沉积、溶胶凝胶法、热解喷涂 等，使用最多的是反应磁控溅射法。
国内外相关ITO研究方法
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真空反应蒸发在玻璃和有机薄膜衬底(温度为100240℃)上制备ITO。 直流反应磁控溅射锢锡合金靶(锢锡质量比为90:10)、 补氧直流磁控反应溅射、射频磁控溅射。 在预先沉积有金属Al膜的玻璃衬底上磁控溅射ITO薄 膜，预沉积的Al膜较大程度地减少了Na+在玻璃中的 迁移。 溶胶-凝胶法在玻璃基体上制备了高质量的ITO薄膜。 日本用直流磁控溅射方法分别在PET(聚对苯二甲酸乙 二醇醋）薄膜和玻璃衬底上沉积了20nm到30nm厚的 ITO薄膜。沉积温度为60℃。
ITO（In2O3:Sn）


禁带宽度为3.75~4.0eV，具有复杂的立 方铁锰矿型结构. 具有高的载流子浓度。ITO的载流子主要 来源是施主Sn4+置换In2O3中In3+后放 出的一个电子和氧空位。
ITO特点

导电性好(电阻率约为10^-4)，对可见光 和近红外光都具有较高的透射率(透过率 可达85%以上)，对红外光反射性强(反 射率大于80%)良好的光电性能，同时还 具有膜层硬度高、耐化学腐蚀和化学稳 定性好等特点。
晶体结构有三种形式



六角纤锌矿结构（同ZnTe、ZnS、 ZnSe的结构），纤锌矿结构的ZnO是 空气中最稳定的形态，用途也最广。 闪锌矿结构的ZnO只有在立方晶格的 衬底上生长的才比较稳定。 岩盐型结构（NaCl型）的ZnO只有在 约10GPa的高压下才可以观察得到。
图1-1ZnO的结构（a）纤锌矿结构（b）闪锌矿结构 Fig11CrystallinestructureofZnO(a)wurtzitestructure(b)blende structure
溶胶-凝胶法AZO
Cd2SnO4（CTO）溅射法


在Ar：O2混合气氛中射频反应溅射CdSn合金靶，原子比为2:1。 CTO膜的电学和光学性质依赖于混合气 体氧浓度，衬底温度及其沉积后热处理


ITO膜层的厚度不同，膜的导电性能和透 光性能也不同。 ITO膜层越厚，ITO膜的表面电阻越小， 光透过率也相应的越小。
JS500-6/D型磁控溅射镀膜机真空部分示意图

Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ
衬 底
真 空 壁
溅射功率、氧浓度、 气压三个重要的溅射 参数对ITO薄膜的微 结构、光电性能的影 响。

Leabharlann Baidu
实验中靶材为ITO陶瓷靶 （In2O3:Sn2O3=90:10），直径100mm， 基片与靶材之间的距离是100mm，工作 气体为高纯Ar、O2混合气，在ITO的制 备过程中，氧浓度为0.8%～12.1%，沉 积气压为0.4～1.6Pa，衬底温度为300℃， 沉积时间为5min，溅射功率13～112W。
透明导电薄膜
透明导电薄膜（TCO）



特点：高导电率、对可见光的高透过率 和对红外光的高反射率。 高的透光率要求：材料的禁带宽度大于 3eV。 低的电阻率：化学组成偏离其计量比， 可用掺杂的方法提高的载流子浓度。
透明导电薄膜种类及光电特性
金属透明导电膜



金属透明导电膜还有Ag，Cu，Pt，AlCr 和Rh等导电膜。 厚度：30-150A。 缺点：氧化物衬底膜-金属透明导电膜 （岛状结构）-Si02或A1203保护膜。 SiO2-Au-ZrO2，Bi2O3-Au-Bi2O3，TiO2Ag-TiO2
ITO薄膜的用途
1.平面显示 液晶显示器（LCD）、有机电致发光显示器 件（OLEDs）的重要电极材料。LCD具有轻 便、尺寸小、辐射低、能耗小。 OLED因具有驱动电压低、响应速度快、主动 发光、视角宽、工作温度范围广、效率高。 克服了LCD视角小、响应速度慢、自身不能 发光的不足。
2.太阳能电池 薄膜太阳电池前电极材料，提高太阳电 池的转化效率。 硅太阳电池的减反射涂层，用作光热转 换器件及异质结太阳能电池的透明电极。 太阳能的选择性透过膜，从而把热能有 效地储存在室内或太阳能收集器中。


几乎所有的制备薄膜的方法都可以用来 制备ZAO透明导电薄膜:溅射法、脉冲激 光沉积法、溶胶-凝胶法、喷雾热分解法、 分子束外延法等。 相对于其他制备技术，溅射法具有成本 低、制备温度低、薄膜的附着性、均匀 性和致密性均较好等优点；目前，一半 以上ZAO薄膜的制备采用了溅射法。
AZO溅射法

以氧化锌铝(98%ZnO+2%Al2O3)为陶瓷 靶材，采用射频磁控溅射法在普通载玻 片衬底上制备了ZAO薄膜。
氧分压和沉积气压对ZnO薄膜 的影响
ZnO在太阳能电池方面的应用


CdTe电池：ZnO薄膜高阻层，避免CdS层 的针孔效应。 Cu(In，Ga)Se2电池：ZnO作透明电极层， CdS为窗口层，即结构为ZnO/CdS/Cu(In， Ga)Se2


GaN：由于ZnO晶格与GaN的晶格失配度 仅为1.7%，ZnO可用作GaN的缓冲层， 用来生长高质量的GaN材料。
ZnO薄膜的用途



发光性质及电子辐射稳定性：发光二极管、激光器等光电器件。 气敏传感器：健康检测、酒精浓度的监测、大气中有害气体含 量的检测等（电导会随着表面吸附的气体种类和浓度的不同发 生很大的变化）。 未掺杂的ZnO主要对还原性气体、氧化性气体具有敏感性，通 过掺杂可用于检测不同的气体，如掺Pd、Pt的ZnO对可燃性气 体具有敏感性，掺Bi2O3、Gr2O3、Y2O3等的ZnO对H2具有敏 感性，而掺La2O3、Pd或V2O5的ZnO对酒精、丙酮等气体表 现出良好的敏感性。 压电特性：表面声波器件和压电器件，如延迟线、带通滤波器、 脉冲压缩滤波器、卷积器和压力传感器等。
Sn02


宽禁带n型半导体材料，四面体形金红石 结构。 可见光透射率可达80%以上，红外光的 透射率可达到80%-90%，其电导率可达 10^-4。
Sn02应用



吸附性及化学稳定性:可以沉积在如玻璃、 陶瓷材料、氧化物及其它种类的衬底材 料上。 Sn02基的气敏传感器。 广泛应用于光电池，液晶显示，光学记 忆，太阳能收集，红外遥感、遥测和加 热除霜等诸多方面。
4.电磁屏蔽和辐射防护 利用ITO对微波的吸收性，ITO还在防电磁干扰 与信息安全方面具有重要的应用，如ITO用作 计算机房屏蔽保护窗，可以有效地防止外界电 磁波的干扰与信息的泄露。 茶色ITO薄膜有防外和红外功能，并滤去对人 眼有害的紫外波段，可制作防护眼镜。
ZnO


新型的宽禁带n型化合物半导体材料， 在室温下的Eg为3.37eV。 特点：优异的光电性质，优良的压电、 压敏、气敏特性，无毒性，原料易得 价廉。
3.热辐射反射镜和表面发热器件 使寒冷下的视窗或太阳能收集器的视窗将热量 保持在一个封闭的空间里，起到热屏蔽作用。 还可以作为寒冷地区大型建筑物幕墙。 透明表面发热器：机车，飞船和坦克等交通工 具的视窗玻璃，起到隔热降温作用。 在通电的情况下还可以作为透明电极用于飞机 和火车头的除雾和除霜剂。