教师评述论文 《基地物理》 2013年第 2期 透明导电薄膜的应用与研究进展 兰伟1 （1.物理科学与技术学院电子材料研究所，甘肃兰州 730000） 摘要： 透明导电薄膜具有优异的透明和导电特性，在电子学领域有着广泛的应用。本文简介了 各类透明导电薄膜的应用和发展状况，包括传统透明导电氧化物薄膜，p型透明导电氧化物 薄膜，新型柔性透明导电薄膜，以及基于透明导电氧化物薄膜的透明电子器件，重点阐述了 透明导电薄膜的透明导电机理以及制备工艺的研究进展，并对其研究和应用前景进行展望。 关键词：透明导电氧化物；柔性透明导电薄膜 透明导电薄膜具有高的可见光透射率和高的电导率。通常可见光的平均透光率大于 80%，电阻率在10-3 Ωcm以下。透明意味着材料的带隙宽度大于3.1 eV，而自由电子尽可能 少；另一方面，导电意味着材料具有大量自由电子而像金属，从而不透明。只有同时满足这 两种条件的材料才能作为透明导电薄膜使用，在理论上透明和导电是一对矛盾。但是，研究 发现一些具有ns0电子结构的宽带隙金属氧化物及其混合物却表现为半导体的导电特性，如 ZnO、CdO、PbO2、Sb2O5、Ga2O3、In2O3、SnO2以及In2_xSnxO3 (ITO)等，这些金属氧化物材 料同时兼备了透明和导电的双重特性，因此被统称为透明导电氧化物（Transparent Conductive Oxide, TCO）。 透明导电氧化物薄膜，在电子学领域有着广泛的应用，例如太阳能电池、显示器、气敏 元件、抗静电涂层以及半导体/绝缘体/半导体(SIS)异质结、现代战机和巡航导弹的窗口等。 由于透明导电氧化物薄膜的优异光电特性，近年来得到了迅速发展，特别是在平板液晶显示 (LED)、薄膜晶体管(TFT)、太阳电池透明电极以及红外辐射反射镜涂层、火车飞机用玻璃 除霜、建筑物幕墙玻璃等方面获得广泛应用，形成了一定的市场规模。 关于透明导电氧化物薄膜的研究，最早可以追朔到1907年，Bakdeker [1]将镉膜进行热 氧化首次制备出透明导电氧化镉薄膜。从此人们就对透明导电薄膜产生了浓厚的兴趣。1950 年前后出现了硬度高、化学稳定的SnO2基和综合光电性能优良的In2O3基薄膜，并制备出最 早有应用价值的透明导电薄膜NESA（商品名称）SnO2薄膜。20世纪80年代后ZnO基透明导 电薄膜成为了研究的热点。1985年，Miyata [2]首次用汽相聚合方法合成了导电的PPY-PVA 复合膜，开创了导电高分子薄膜的光电研究领域，由此使透明导电薄膜由传统的无机材料向 有机材料方面拓展。目前市场上应用最多的是ITO、FTO（SnO2:F）和AZO（ZnO:Al）。 —————— 基金项目：本论文为教师特邀评述。 通讯作者：兰伟（1979－），男，甘肃省平凉市人，电子材料研究所副教授，硕士生导师，目前主要从 事透明电子学和太阳能利用相关纳米材料方面的应用基础研究。 联系方式：E-mail: lanw@lzu.edu，Tel.: 0931-8323088 10 教师评述论文 《基地物理》 2013年第 2期 1．传统透明导电氧化物薄膜 1） ITO透明导电薄膜 In2O3基材料具有体心立方的晶体结构，禁带宽度为3.75~4.0 eV，具有良好的透光性。 由于实际制备的In2O3基薄膜中存在大量的氧空位缺陷，因此存在过剩的自由电子，从而表 现出一定的电子导电特性。 ITO是目前研究最多、制备技术最成熟、应用最广泛的TCO薄膜。它的电阻率可低达10-4 Ωcm，在可见光范围内的透射率高达90%以上，对10 μm处的红外光反射率可高达80%。此 外，它还具有膜层硬度高、耐化学腐蚀等一系列性能，在电子工业、交通和建筑等众多领域 具有广泛的应用前景