透明导电氧化物半导体的制备及电学性质研究进展

摘要

透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide，TCO)薄膜的研究最早开始于20世纪初，1907年Badwker首次制备了CdO透明导电薄膜，从此引发了透明导电薄膜的开发与利用。1950年前后出现了SnO2基和In2O3基薄膜，ZnO基薄膜的研究兴起于20世纪90年代。目前，透明导电氧化物薄膜主要包括SnO2，In2O3，ZnO及上述氧化物的掺杂体系。它们都具有半导体的性质，具有高的载流子浓度和较宽的禁带宽度，因而表现出很好的光电性能，如低的电阻率和在可见光范围内高的透射率。这些特性决定其在太阳能电池、显示器等诸多方面有着十分广阔的应用。
　　 本文论述了目前被广泛研究并业已成熟的透明导电氧化物薄膜材料，并对透明导电氧化物半导体薄膜的组成、性质及制备工艺进行论述，介绍制备TCO薄膜的各种方法、特点及在今后研究中需要解决的问题，结果表明：
　　 1.ITO薄膜主要成分是In2O3，电阻率介于(10-3-10-5Ω.cm)之间，可见光的透射率达85％以上，禁带宽度3.55-3.75 eV之间。ITO薄膜的性能虽好，但其蕴藏量和产量均有限，成本较高。因此，人们一直在寻找能够替代ITO簿膜的材料。
　　 2.纯SnO2理论上属于典型的绝缘体，SnO2的掺杂氧化物属于透明导电氧化物。经过适当掺杂的SnO2薄膜具有优良的光电特性，常见的此类TCO有掺氟的二氧化锡(FTO)、掺锑的二氧化锡(ATO)和掺磷的二氧化锡(PTO)等。
　　 3.ZnO是一种新型的II-VI族直接带隙半导体材料，它蕴藏丰富、材料成本低、具有较宽的禁带宽度(Eg为3.3 eV)较大的激子束缚能(60 meV)和压电效应，并且无毒，是一种环保型材料，在很多领域有着广泛的应用。ZnO：Al薄膜的电阻率为10-3-10-5Ω.cm，载流子浓度为1020-1021cm-3，可见光透射率大于85％，禁带宽度约为3.40 eV。ZnO薄膜研究广泛，它的突出优势是原料易得，制造成本低廉，无毒，易于实现掺杂，且在等离子体中稳定性好，因而有可能成为ITO的替代产品，尤其是在太阳能电池透明电极领域。

目录

文摘

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声明

第一章 引言

1.1 In2O3基透明导电氧化物薄膜性质

1.2 SnO2基透明导电氧化物薄膜性质

1.3 ZnO基透明导电氧化物薄膜性质

1.4 本文立题思想

第二章 透明导电氧化物半导体的制备方法

2.1 磁控溅射沉积

2.2 真空蒸发沉积

2.3 脉冲激光沉积法(PLD)

2.4 化学气相沉积(CVD)

2.5 溶胶-凝胶法(Sol-Gel)

第三章 透明导电氧化物半导体的电学性能及研究进展

3.1 TCO薄膜的掺杂机理

3.2 In2O3基透明导电薄膜的导电机制和特性

3.3 SnO2基透明导电薄膜的导电机制和特性

3.4 ZnO基透明导电薄膜的导电机制和特性

3.5 透明导电薄膜电学性能的测试

3.6 透明导电氧化物研究进展

第四章 结论

参考文献

致谢