（凝聚态物理专业论文）锡酸盐基透明导电膜及其在全钙钛矿铁电薄膜器件中的应用.pdf

中国科学技术大学博士学位论文摘要 摘要 透明导电氧化物( t c o ) 薄膜以掺s n 的i n 2 0 3 ( i t o ) 、掺a l 的z n o ( a z o ) 、掺 s b 的s n 0 2 ( a t o ) 等为代表，是一种重要的光电信息材料。由于在可见光的范围 内具有很高的光透过率，其电阻率又接近金属的数值，这使得t c o 薄膜材料成 为应用范围广且最具有商业应用价值的功能薄膜材料之一。目前的透明导电薄膜 广泛应用于平板显示器、太阳能电池、触摸屏等领域。近年来，随着光电子特殊 器件的要求，之前研究并应用的t c o 薄膜性能已经越来越不能满足人们的需求， 如真彩液晶显示器要求t c o 膜具有大的光学禁带宽度、面接触式发射激光器需 要t c o 在红外光区间( 特别是1 0 0 0 n m 1 5 0 0 r u l l ) 具有很高的光透射率( 而i t o 在1 0 0 0 衄1 5 0 0 胁的波长区间吸收系数已经非常大) 等。而对于透明薄膜器件， 单晶t c o 薄膜可以和其他薄膜相互外延生长，从而能够有效的降低界面缺陷对 器件性能带来的影响。所有这些都预示着具有特殊应用价值的t c o 薄膜应该得 到人们的高度重视和研究。另一方面，钙钛矿型氧化物是一类重要的功能材料， 包含有高温超导、巨磁阻、铁电、压电、磁电、光电等众多的物理性能。全钙钛 矿薄膜器件由于各层薄膜之间的相互外延生长，很大程度上解决了界面问题，使 得器件特性得到了显著的提高，并呈现出了一些独特的功能。因此，寻找并制备 具有高质量的钙钛矿结构外延t c o 薄膜对t c o 材料以及全钙钛矿薄膜异质结都 具有着重要意义。 铁电薄膜由于其物理机制和潜在的在各种微电子器件如非挥发性动态随机 存贮器和铁电场效应管上的应用，受到了很多的关注。由于具有较大的直接禁带 宽度，铁电薄膜在可见光范围内是透明的，而当薄膜厚度降低到一定的程度，因 为氧空位和离子扩散等存在，其内部存在着比较大的载流子浓度，又可以被当作 矽型半导体材料，因此全透明铁电薄膜器件被人们寄予极大的期望。然而，高质 量，l 型t c o 薄膜的严重缺乏，阻碍了该类薄膜器件的研究进展。 我们利用激光脉冲沉积( p l d ) 系统，基于对b a s n 0 3 和s r s n 0 3 进行a 位 l a 元素少量掺杂，在s r ，r i 0 3 ( 0 0 1 ) 基片上成功外延生长了l b s o 和l s s o 两种锡 酸盐基门型t c 0 薄膜。该类薄膜具有赝立方钙钛矿单晶结构，以及可见光区的 高透光率和室温下1 0 弓q c m 量级的电阻率。b a s n 0 3 和s r s n 0 3 基t c o 薄膜具有 不同的近红外光透光率行为，使得它们可以应用于不同的透明薄膜器件中。由于 l s s o 薄膜的晶胞参数和p z t 和b f o 非常匹配，我们成功实现了l s s o 和p z t 、 b f o 的相互外延生长，制备了全钙钛矿透明铁电电容器。实验表明，我们制备 的电容器具有非常好的结构特征和光学性质，并表现出了一些有趣的疲劳特性。 而利用较薄的p z t 和b f o 薄膜当作p 型半导体，我们又成功制备了p z t l s s o 中国科学技术大学博士学位论文 摘要 和b f o l s s o 透明钙钛矿p 甩结，这两种异质结均表现出了优秀的整流特性。 本论文总共分五章。 第一章主要介绍了透明导电薄膜的研究现状。首先我们回顾了传统t c o 薄 膜的分类、研究进展、应用领域及其发展要求：一方面从实际应用角度出发，概 括了传统t c o 薄膜的发展现状和存在的问题，指出了寻找新型t c o 薄膜的一些 研究方向；另一方面介绍了钙钛矿结构氧化物薄膜的一些物理特性，指明寻找和 制备具有钙钛矿结构的t c o 薄膜的意义。接着从理论的角度，阐明了t c o 薄膜 的透明和导电机制。在这些基础上，我们分别回顾了透明薄膜器件和铁电薄膜器 件的研究进展，并最终指出全钙钛矿型透明铁电薄膜器件的优越性和制备的可行 性。 第二章主要介绍了本文实验需要用到的薄膜制备方法和样品测试方法，特 别对于几种重要的实验手段如x 射线衍射的各种扫描方式，倒易空间图基本原 理，从霍尔效应测量结果分析推导薄膜电输运特性等做了详细的介绍。 第三章我们对l a 掺杂的b a s n 0 3 外延t c o 薄膜进行了研究。实验表明该 类薄膜具有立方钙钛矿单晶结构，并具有可见光区9 5 以上的透光率以及室温接 近4 m q c m 的刀型电阻率。相比于传统的t c o 薄膜，l b s o 薄膜可以满足一些新 型光电薄膜器件的宽禁带、钙钛矿单晶结构、大的透光窗口等特殊要求。而相比 于其他文献所报道的具有钙钛矿结构的t c o ，l b s o 薄膜具有和其他钙钛矿功能 薄膜更加匹配的沉积参数以及更大的禁带宽度，有利于其在全钙钛矿薄膜器件中 的应用。 第四章系统研究了沉积参数和掺杂浓度对l a 掺杂的s r s n 0 3 外延薄膜的结 构、电学和光学性质的影响。实验结果表明，在s r t i 0 3 ( 0 0 1 ) 基片上生长的l s s o 均具有立方钙钛矿外延单晶结构以及4 5 e v 以上的光学能带宽度，并表现出良好 的，z 型电输运和透光特性。相比于之前研究的l b s o 薄膜，l s s o 在6 0 0 制备 温度下依然可以得到良好的外延单晶结构。另外l s s o 薄膜的晶胞参数与p z t 、 b f o 非常匹配，并在红外光波长范围内依然具有良好的透光率，这些都预示着 l s s o 薄膜可以更好地应用到全钙钛矿透明薄膜器件中。 第五章我们成功实现了l s s o 和p z t 、b f m o ( b f o ) 的相互外延生长，制备 了透明全钙钛矿铁电薄膜电容器。实验表明，这两类电容器具有非常好的结构特 征和光学性质，并表现出了较大的矫顽场和较差的抗疲劳特性，我们认为这可能 和l s s o 和铁电薄膜之间形成了空间电荷区有关。为了更深入了解l s s o 和铁电 薄膜间的晃面问题，利用较薄的p z t 和b f o 薄膜当作p 型半导体，我们又成功 制备了p z t l s s o 和b f o l s s 0 透明钙钛矿p 甩结，这两种异质结均表现出了优 秀的整流特性，从而验证了我们对铁电电容器疲劳特性的解释。另外通过能带结 i i 中国科学技术大学博士学位论文摘要 构分析，我们得到的实验测量数据与理论结果非常符合。 关键词：透明导电氧化物钙钛矿外延薄膜铁电电容器透明p - 刀结 i l i 中国科学技术大学博士学位论文英文摘要 a b s t r a c t t r a n s p a r e n ta i l dc o n d u c t i v eo x i d e ( t c o ) 吐l m - f i l 脚s u c ha ss n d o p e di n 2 0 3 ( i t o ) ， 砧- d o p e dz n o ，a 1 1 ds b - d o p e ds n 0 2 a r co n e 卯eo fi m p o r t 肌tm a t e r i a l si i l o p t o e l e c t r o n i ci n d u s t r i e s t h eu i l i q u ef e a t u r eo fh i g l lo p t i c a l 吮1 s m i t t a n c ei nt 1 1 e v i s i b l e 姗g ea i l dl o we l e c t r i cr e s i s t i v 毋a tr o o mt e m p e r a n 鹏( f 汀) g i v e sm 锄 p a n i c u l a rm n c t i o l l si i l f l a t p a i l e ld i s p l a y s ，s o l a rc e l l s ，t o u c hp a n e l s ，a n ds 0 o n h o w e v e r ，t h ed e v e l o p m e m si nd e v i c e sa p p l i c a t i o n s 丘e q u e n t l yd e m a i l di m p r o v e m e n t s i np h y s i c a lp r o p e r t i e so ft c of i l m s f o re x 锄p l e ，t l l e 伽1 c 0 1 0 r e dl i q u i d - c r y s t a l m s p l a y sr e q u i r et c of i l m s 诵maw i d e rd h c ta 1 1 0 w e db a n dg a p ，h i l ei ns 如c e e m i 钍i n gl a s e r sn l ef i l m sn e e dt op o s s e s sh i g ho p t i c a lt r 锄s m i t t m c e 证l en e a ri 甜r a r e d w a v e l e n 酏a n df o rt r a i l s p a r e n t “n 一矗l i n 仃a 1 1 s i s t o r s ，s i n g l e c r y 蹦l i n et c of i l m s m a ya l s ob er e q u i r e di no r d e rt 0 伊o we p i t a x i a l l yw i t ht l l eo t h e r 如n c t i o n a ll a y e r sf o r m i l 血n i z i l 玛t l l ed e n s i t ) ，o fd e f e c t sa tt h ei n t e r f a c e s a l lt h e s em e a n 也a tm et c o f i l m s a d a p 切b l et os p e c i a l i z e da p p l i c a t i o l l ss h o u l db ek 曲l ye x p e c t e d o nt h e0 t h e rh a n d ， t l l ep e r o v s 姚eo x i d e sr e p r e s e n ta l s oa ni m p o n a n tc l a s so fm a t e r i a l ss i n c et l l e y 、e r e d i s c o v e r e dt 0h a v em a n yi n t r i g u i i l g p h y s i c a lp r o p e r t i e s s u c ha s 也eh i 曲 也m s i t i o n - 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f i l md e v i c e s 晰t 1 1 a l l p e r o v s k i t e s 缸u c t u r e sh a v e b e e nh i g h l y e x p e c t e d ，a l t h o u 曲t h el a c ko fh i 曲q u a l i t yp e r o v s k i t e - t ) ，p et c of i l mw a sas e r i o u s t r o u b l e i nt h i st h e s i s ，l a x b a l x s n 0 3 ( l b s o ) a i l dl a x s r l - x s n 0 3 ( l s s o ) f i l m sh a v eb e e n e p i 锹i a l 铲o w no ns r t i 0 3 ( o o1 ) s u b s t r a t e sb ym ep u l s e dl a s e rd 印o s i t i o n ( p l d ) m e t l l o d hi sr e v e a l e dt l l a ta l lt l l ef i l m sh a v ec u b i cp e r 0 v s k i t es t r u c t u r e s ，e x c e l l e n t o 砸c a lt r a i l s m i 眦ei nt ：h ev i s i b l er a n g e ，a r l dn t y p ee l e c t r o n i ct r a l l s p o r tw i ml o w r e s i s t i v i t i e sa tr o o mt e r n p e r a _ t 砒e t h ed i 岱：r e n to p t i c a l 缸a n s m i t t a n c e si nt 1 1 en e a r i n 胁e dw a v e l e n g me n d u et 1 1 ed o p e db a s n 0 3 ( b s o ) a n ds r s n 0 3 ( s s o ) w i mv a r i o u s a p p l i c a t i o t l si nf i l md e v i c e s s i n c e 廿1 el a n i c ec o n s t a i l ti sv e r yc l o s et ot h ei n p l a l l e l a t t i c ec o n s t a n to fp z ta n db f m o ( b f o ) f i l m s ，a l l p e r o v s k i t el s s o p z t l s s oa n d ( p t ) b f m o l s s oc a p a c i t o r sw e r cf a b r i c a t e d ，a n d t 1 1 e i r s t n j c t u r a l ，0 p t i c a l ，a 1 1 d f e 仃0 e l e c t r i cp r o p e n i e sh a v eb e e nm e s t i g a t e d - 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f i l md e v i c e sa i l d t r a i l s p a r e n t “n f l l md e v i c e s ，r e s p e c t i v e l y ，a i l dd i s c u s sm ef e a s i b i l i t ya n da d v a i l k 鸣e o f t i l e 拓a n s p a 代n tf - e r r o e l e c t r i cf i l md e v i c e sv v i t l la l l - p e r o v s k i t es t m c t u r e s c h a p t e r2 ： t h ef i l m p r e p a r a t i o n m e t h o d sa n d s a i i l p l e s m e a s u r e m e n t sa r e i n t r o d u c e d e s p e c i a l l y ；t h ep u l s e dl a s e rd e p o s i t i o n ( p l d ) m e 血o d ，x - r a yd i f 行a c t i o n r e c i p r o c a ls p a c em a p p i n g ，a n dt h eh a l lm e a s u r e m e n t a r ed e s c r i b e di nd e t a i l s c h a p t e r3 ：l a - d o p e db s of i l m sh a v eb e e np r e p a r e db y l a s e ra b l a t i o nu 1 1 d e r c o n d i t i o i l sc o i n p a t i b l ew i t l lm a n yo t i l e rp e r 0 v s k i t eo x i d ef i l m s t h e 印i 锨i a lf i l m s s h o wac u b i cp e r o v s k i t es t m c t u r e ，g o o dt r a i l s m i t t a n c ei nt h ev i s i b l er a l l g ea n dah i g h v i 中国科学技术大学博士学位论文英文摘要 c o n d u c t i v i t ) ra tr o o mt e m p e r a t l l r e t h e 慨1 s p o r tb e h a 们o ra 1 1 dc o n d u c t i v i t ) ，c a nb e c o 曲0 l l e db y 也eg r o w 廿lt e n l p e r a t i 鹏c o m p a r i n gt on l ec o n v e n t i o l l a lt c om m s ，t i l e l b s of i l m sc a i lb ea t t r a c t i v e 嬲an e wt c ow i m m ep e r o v s k i t es t m c t u r e ，a l l da r e p r o m i s i n gf o ru s ei ne p i t a x i a la 1 1 一p e r o v s h t e 仃a i l s p a r e n td e v i c e s ，d u et 0t l l e 诵d e d i r e c tb a n gg a p ，l a r g et r a n s p a r e n tw i n d o w ，a r l ds u i t a b l e 铲o 、t hp a r 锄e t e r s c h a p t e r4 ：w ep r o b et l l ee 毹c to fv a r i o u s 伊o w mp a r a m e t e r sa n dd o p i n g c o n c e n t r a t i o n so n 虹l es t r u c t u r e sa n dp r o p e n i e so fl s s of i l m sp r e p a r e db yp l d t h e s ef i l l l l sc a i lb e 伊o w ne p i t a ) 【i a l l yo ns t o ( 0 0 1 ) a tam u c h1 0 w e rd e p o s i t i o n t e m p e r a t u r e o f6 0 0 ，a n dp o s s e s s p s e u d o c u b i cp e r 0 v s k i t es i n g l e - c r y s t a l l i n e s t r u c t u r e s ，w i d ed i r e c tb a i l dg a p sl a 唱e rt h a n4 5 e vh i 曲c o n d u c t i v i t i e sa tr o o m t e m p e r a t u r e ，a n dw e l lo p t i c a l 仃a n s m i t t a 埘c ee v e na t 也ew a v e l e n g m a sf 缸弱2 3 0 0 m c o m p a r i n gt ol b s of i l m s ，l s s oh a v e 伊e a ta d va i l _ c a g e s f o ru s ei n t r a l l s p a r e n t m 洫f i l md e v i c e sd u et 0t 1 1 e i rl a 筑i c ec o n s t a r l t sc o r 吱i m l a b l et 0p z ta i l db f o c o u l l t e 叩a r t s ，l o w e rg r o w t l lt e m p e r a t u r e ，a l l dw e ho p t i c a lt r a n s m i t t a n c ei nm en e a r i n f r a r e dw a v e l e n g t h c h 印t c r5 ：f e r r o e l e c t r i cl s s o p z l 儿s s oa n d ( p t ) b f m o l s s oc 印a c i t o r sh a v e b e e ng r o w ne p i t a ) ( i a l l yo ns t o ( o o 1 ) s u b s 廿a t e s ，a 1 1 dm e i rs 饥l c t u r a l ，o p t i c a l ，a n d 诧n o e l e c t r i c p r o p e r t i e s h a v eb e e ni n v e s t i g a t e d t h e s e c a p a c i t o r s s h o ws q u a r e p o l a r i z a t i o n - e l e c t r i cf i e l dh y s t e r e s i sl o o p s ，w e l lo p t i c a l 衄l s m i t t a n c e ，b 1 i t1 a 玛e r c o e r c i v ef i e l d ，a n de s p e c i a l l yp o o rf a t i g u er e s i s t a n c e ，i 1 1c o n _ t r a s tt 0t l l e 印i 协x i a l f e n o e l e c 仃i cc 印a c i t o r sw i t l lp t ) r p el s m 0e l e c 缸d d e s ，w 1 1 i c hm a yb er e l a t e dt oc h a 玛e 埘e c t i o na n dt h ei n t e r f a c ec a p a c i t o ro rb u i l t - i 1 1p o t e n t i a lb e t w e e np z t ( b f m o ) a n d n - t ) ，p el s s of i l m s t ou 1 1 d e r s 伽dt l l e _ i i l t e 托a c ep r o p e n yo ft l l eh e t e r o s t m c t u r e s ，谢t 1 1 t h er e d u c e df e r r o e l e c t r i cf i l mt l l i c l ( i l e s s e s ，m ej u n c t i o n su s i n gh e t e r o e p i t a ) ( i a l p p z i ? ，2 - l s s o a n dp - b f 0 刀l s s ow e r ea l s op r o p o s e da n de x a m i n e d ，a n dw e d e m o n s t r a t e dt h a tt l l e ys h o w9 0 0 dr e c t i f y i n gc h a r a c t e r i s t i c si na d d i t i o nt ot i l eh i 曲 o p t i c 甜t 】畸m i 化m c ei nt h ev i s i b l er a n g e t h ei d e a lt u m o nv o l t a g ed e t e m l i l l e df 如m s t a g g e r c de n e 玛yb a l l dd i a g r 锄sa r ei 1 1g o o da g r e e m e n t w i t ht l l ee x p e r i i n e n t a lv a l u e s h e r e i n ，、v eb e l i e v et h ep ，zj u r l c t i o n sh a v eb e e nb u i l t 洫b e t w e e np z t ( b f o ) a n dl s s o f j l m s k e yw o r d s ：仃a n s p a r e n tc o n d u c t i v eo x i d e ，p e r 0 v s k i t e ，e p i t a x i a l ，f e r r o e l e c t r i cc a p a c i t o r ， t r a n s p a r e n tp 刀h e t e r o j u n c t i o n v i i 中国科学技术大学学位论文相关声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作 所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任 何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究 所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。 本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学 校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 作者签名：峄 伽9 年钥思日 中国科学技术大学博士学位论文 第一章绪论 1 1引言 第一章绪论 随着2 l 世纪的到来，人类进入高度信息时代，高科技信息材料的发展成为 社会科技水平发展的风向标。传统的信息材料，由于其信息载体是电子，传播速 度较慢，这给目前电子信息产业的发展设置了一个瓶颈。而由于光子的传播速度 比电子快得多，光电子和光子代替微电子成为信息材料的载体将是材料发展的一 个必然趋势。令人欣慰的是，目前的信息探测、传输、存储、显示、运算已经逐 渐开始由光子和电子共同参与和完成，光电子信息材料已经越来越多的开始被科 研人员注意和研究。 透明导电薄膜( t c o ) 属于宽禁带高掺杂半导体，是一种重要的光电子信息 材料。由于它们在可见光的范围内具有很高的透过率，其电阻率又接近金属的数 值，这使得透明导电薄膜材料成为应用范围广且最具有商业应用价值的功能薄膜 材料之一。目前的透明导电薄膜广泛应用于平板显示器、太阳能电池、电致变色 器件、热发射膜等领域。根据权威市场调查机构d i s p l a ys e a r c h2 0 0 8 年发布的统 计数据显示2 0 0 8 年全球f p d 产业一举突破了1 0 0 0 亿美元大关，其中平面真彩 液晶显示器t f t - l c d 独占整个平板显示器市场的8 8 ，成为全球i t 制造业中的 第一产业。但是目前大多数的t c o 薄膜只是被简单地以光学或者电学涂层的形 式应用于生产中，由于其多晶结构以及劣质的表面特性使得目前的t c o 薄膜并 没有在光电子学器件中发挥其有源性能。未来的通讯器件必将走向全透明化，因 此，寻找新型的t c o 薄膜，并用其制备出全透明的电子元件( 比如p 一，z 结，电 容器，场效应管等) 成为当代科研工作者的一种重要研究方向。 1 2 透明导电薄膜的特性 透明导电氧化物薄膜具有透明和导电双重功能，一般意义上，t c o 薄膜具 有：( 1 ) 在可见光区( 4 0 0 8 0 0 姗) 光学透射率高，平均透射率要大于8 0 ； ( 2 ) 电阻率低，一般小于1 0 0 q c m 。从物理学的角度来讲，物质的透光性和导 电性是一对基本矛盾。一方面，为了使材料具有通常所述的导电性，必须使材料 的费米半球的中心偏离动量的空间原点，按照能带理论，即是使得材料的费米球 及附近的能级分布很密集，被电子占据的能级和空能级之间不存在能隙，价带和 中国科学技术火学博士学位论文菇一章培论 匮夏溺匕盟剑 l = 二i _ 二二】【二二 图l _ l 典型的金属、半导体和绝缘体的能带结构 导带靠近或者重合。图ll 是典型的金属、半导体和绝缘体的能带结构示意图。 另一方面，如果材料具有上述的能带结构，那么当有入射光进入材料时，入射光 子很容易被材料吸收而引起内光电效应，从而光子无法透过，使得材料具有不透 光性。图12 是物质的能带结构和光子能量的对比1 1 ，可见光波长范围 4 0 0 n 一7 6 0 f l i i l ，对应能量为l8e v _ 31 e v ，要使得材料在可见光范围透明，就必 须克服材料的内光电作用，也就是要求材料的禁带宽度大于3l e v 。宽带透明导 l2 匠，黼 囤i _ 2 物质的能带结构和光子能量的对比 电氧化物材料。要保持良好的可见光透光性，其等离予频率就要小于可见光频率， 要保持一定的导电性就需要一定的载流子浓度，而等离子频率与载流子浓度成正 比例。透明导电膜的开发就是基于如何使二者更好的有机统一起来。通过成分调 整可以实现对带隙结构、载流子浓度和迁移率以及功函数等的控制，从而使得材 料的透光性与导电性矛盾的统一起来。 13 透明导电薄膜发展与研究现状 自从1 9 0 7 年b a d e k e r 通过热氧化法溅射镉制备出第一块透明导电的c d o 【2 l 薄膜以来，透明导电氧化物( 1 协s p 盯咖c o n d u c t i v e o x i d e ，t c o ) 薄膜材料就引 起了人们的较大兴趣。早期对此类薄膜技术的研究工作只是出于科研的兴趣，真 到二战期间，由于军事上的需求t c o 薄膜才得到广泛的重视和应用。上个世 全 一 中国科学技术大学博士学位论文 第一章绪论 纪八十年代以来，透明导电氧化物薄膜制备技术取得了突破型的发展，人们已经 研制出多种性能优良的透明导电氧化物材料，许多技术工艺已经达到了大规模生 产的水平。随着光电器件的飞速发展，透明导电薄膜的研究不断深入，其应用领 域不断扩大，应用前景非常广阔。 按照制备材料的不同，t c o 薄膜可分为金属膜和氧化物半导体膜两大类。 1 3 1金属透明导电膜 对于金属膜，一方面由于该类膜中存在自由电子，因此，即使很薄的膜仍 然呈现出很好的导电性，若选择其中对可见光吸收小的物质，就可以得到透明导 电膜。另一方面，当金属的膜厚减薄到2 0 姗以下时，对光的吸收率和反射率都 会减小，呈现出很好的透光性。一般来讲，透光性越好的金属薄膜，导电性就越 差。所以，透明导电薄膜的厚度应限制在3 1 5 胁左右。但这样厚度的金属膜 鬟 、一 、 ，- 一 波长n m 图1 3a u 透明导电膜的可见光投射特性和反射特性 易于形成岛状结构而表现出比连续膜高的电阻率和光吸收率【3 】。为避免出现岛 状结构，可先沉积一层氧化物做底层。另外，由于金属膜的强度较差，实际应用 中国科学技术大学博士学位论文 第一章绪论 时可在其上沉积一层s i 0 2 、a 1 2 0 3 等氧化物保护层，从而构成底层膜金属膜上 层膜的夹层式结构。1 9 7 4 年，f a i l 等第一次提出d 小i 【) ( d i e l e c t r i c m e t 州d i e l e c t r i c ) 多层膜结构，主要应用为选择性透明膜 4 】；1 9 9 8 年，b e n d e r 等 5 】制备出导电性、 制造成本优于i t o 的i m i ( i t 0 m e 枷t o ) ，从而极大地提高了金属膜在工业中 的应用。 可以形成透明导电膜的金属材料一般有a u 、p d 、p t 、a l 、n i c r 等【6 - 1 1 】。 图1 3 给出了a u 膜的两种结构在可见光区的投射特性及的和发射特性尺( 的比 较【3 】。 尽管金属膜具有一些特有的优点，譬如在低的衬底温度下就可以得到高导 电性，但该类膜也具有很明显的缺点，如制备过程的复杂性、其多层结构的非持 久性，所以目前在大多数应用导电薄膜的领域中，它们已经被半导体氧化物薄膜 所取代。 1 3 2 ，7 型透明导电氧化物薄膜 现今对透明导电氧化物薄膜的研究主要集中于具有n d l 0 ( n + 1 ) s u 闭壳层电子 结构的元素离子上，如c u + 、z n 2 + 、c d 、a l ”、i n 3 + 、s n 4 + 等，通常情况下，它 们和氧形成金属氧化物后，n d m 轨道能级位于0 2 p 能级的