透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide,TCO)是一种在可见光光谱范围(380nm < λ < 780nm)透过率很高且电阻率较低的薄膜材料.TCO薄膜材料主要有CdO、In2O3、SnO2和ZnO等氧化物及其相应的复合多元化合物半导体材料.

(1)1907 年Badeker等人第一次通过热蒸发法制备了CdO透明导电薄膜,开始了对透明导电薄膜的研究和利用

(2)十九世纪 50 年代分别开发出基于 SnO2和 In2O3的透明导电薄膜

(3)随后的 30 年里又出现了ZnO基的薄膜

这个时期,TCO材料主要基于这三种体系:In2O3、SnO2、ZnO.然而,一种金属氧化物薄膜的性能由于材料包含元素固有的物理性质不能满足人们的要求.为了优化薄膜的化学和光电性质,实现高透射率和低电阻率,科学家们做了进一步的研究.

(4)20 世纪 90 年代,日本和美国一些科研机构开始了两种以上氧化物组成的多元化合物材料的研究与开发,通过调整成分与化学配比来获得所需的TCO材料目前,应用最多的几种TCO材料是:氧化铟锡(ITO,In2O3: Sn),掺铝的氧化锌(AZO,ZnO: Al),掺氟的氧化锡(FTO,SnO2: F),掺锑的氧化锡(ATO,Sn2O: Sb)等.TCO的应用领域非常广,主要用于液晶显示器的透明电极、触摸屏、柔性OLED屏幕、光波导元器件以及薄膜太阳能电池等领域.

ITO透明导电薄膜发展历程

在透明导电氧化物薄膜中,ITO具有很高的可见光透射率(90%),较低的电阻率(10-4~10-3Ω?cm),较好的耐磨性,同时化学性能稳定.因此,ITO在TCO薄膜中的比重最高.

ITO在一般情况下为体心立方铁锰矿结构,是基于In2O3晶体结构的掺杂,In2O3中In原子是六配位,O原子是四配位.In2O3晶体结构中本征缺位(氧缺位)和Sn4+替代In位两种机制共同贡献了大量自由电子,因此ITO为n型半导体,载流子浓度在1021/cm3左右,为重掺杂。