综述玻璃表面的透明半导体薄膜Ξ王承遇,陶瑛,王波ΞΞ(大连轻工业学院玻璃及无机新材料研究所,辽宁大连116001)摘要:对玻璃表面透明半导体薄膜的组成、纳米结构、性质和制造方法进行了综述,并探讨了研究和应用的趋势。关键词:半导体薄膜;镀膜;玻璃表面中图分类号:TQ171.73文献标识码:A文章编号:1000-2871(1999)04-0050-07TheTransparentSemiconductingFilmonGlassSurfaceWANGChengΟyu,TAOYing,WANGBo(InstituteofGlassandInorganicNewMaterials,DalianInstituteofLightIndustry,Dalian116001,China)Abstract:Thecomposition,nanostructures,properties,fabricationtechniqueoftransparentsemiconductingfilmonglasssurfacearereviewedinfhispaper.Thetrendofapplicationandresearchdevelopmentoftransparentsemiconductingfilmarediscussedaswell.Keywords:Semiconductingfilm;Coating;Glasssurface1导言近年来随着平面显示器、太阳能电池、电致变色镜(electrochromicmirrors)、热镜(heatmirrors)、智能窗(smartwindow)和薄膜电池的发展,需要透明的导电材料,于是玻璃表面透明半导体薄膜得到广泛应用,其结构、性能和制备的研究,引起人们的重视。玻璃表面透明半导体薄膜,通常指可见光透过率60%～90%、面电阻(方块电阻sheetresistance)10～100000Ω□-1(Ωperunitarea)。当膜厚200nm时,面电阻10Ω□-1相当于电导率5000(Ωcm)-1〔1〕,有的文献上称其为导电膜(conductivecoating)〔2〕,但其电导率仍属于半导体范围内,至于面电阻为100000Ω□-1,则电导率更低了,所以我们称其为半导体薄膜比较合适〔一般半导体电导率为103～10-9(Ωcm)-1〕〔3〕。·05·玻璃与搪瓷27卷4期ΞΞΞ现在地址:WorldMineralsInc,Lompoc,CA93436,USA收稿日期:1999-02-20©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net玻璃表面的半导体薄膜有ITO(indium-tin-oxide)、TO(tin-oxide)、TAO(tin-antimony-oxide)、IO(indium-oxide)、CdO膜等,其中最常用的为ITO膜。在玻璃表面制备半导体薄膜的方法很多,其中工业上广泛应用的为磁控溅射,已生产出十几平方米大面积的ITO膜玻璃。各种不同用途的半导体薄膜所要求的光学和电学性质各异,而薄膜的性质与组成、结构及制备方法紧密相连,本文对玻璃表面半导体薄膜的组成、结构、性质、制备方法及其应用加以阐述,并就相互之间关系进行探讨。2组成与纳米结构2.1半导体薄膜组成半导体薄膜分为单元组成和多元组成两类。化学计量的In2O3、SnO2和CdO均为宽禁带绝缘体,要其导电,必须使其产生组分缺陷或掺杂。单元组成的In2O3和SnO2膜即是通过组分缺陷而半导体化的。如金属In、Sn在反应溅射中由于氧量不足或经还原处理后生成不是化学计量的In2O3和SnO2,而是In3+2-x(In3+·2e)·O2-3-x与Sn4+1-x(Sn4+·2e)O2〔4〕,化学式中的x值由气氛决定,In3+·2e与Sn4+·2e中的电子分别与In3+和Sn4+联系是弱束缚的,可成为载流子而导电。在In2O3中掺入Sn4+时,因为Sn4+的离子半径(0.74!)与In3+的离子半径(0.92!)相近。故Sn4+可取代部分In3+,为保持电中性,Sn4+即俘获一个电子而成为Sn4+·e,即〔4〕:In2O3+xSn4+→In3+2-x(Sn4+·e)O3+xIn3+⑴形成n型ITO半导体膜,禁带宽3.7～4.3eV。在In2O3中除了掺Sn4+外,还可以掺Ti4+、Zr4+。在SnO2中掺入Sb5+时,也可形成[Sn4+1-2xSb5+xSn3+x][O2-]的TAO半导膜。除上述二元组成的半导体膜外,还有在CdO中掺In3+,或在阴离子中以部分F-代O2-,如In2O3中掺入NH4F称IOF膜,SnO2中掺入氟化物(NH4F),称TOF膜,均能使电导率有所提高。通过改变掺杂的组分,以变化薄膜的电导率。表1即为早期专利中介绍的热喷涂法得到最低面电阻的薄膜成分(薄膜厚度为540nm)〔5〕。表1最低面电阻的薄膜成分基础成分掺杂量(%)薄膜的面电阻Ω□-1In2O3SnO21～210SnO2Sb2O30.5～112CdOIn2O37～84.5近年来的研究结果与表1的数值已有所不同,如磁控溅射法制备的ITO膜其溅射用靶的成分为In90%Sn10%时,得到面电阻为10Ω□-1(膜厚300nm)〔6〕。2.2半导体薄膜纳米结构对薄膜结构的研究,除了采用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)外,还采用扫描...
