文摘透明导电氧化物(Transparent conducting oxides,TCOs)是一种重掺杂的半导体材料,在液晶显示屏、触摸屏、太阳能电池等领域都有广泛的应用。重掺杂、高简并的特性使得TCOs内存在大量的自由电子,具有接近金属的高电导率。同时,TCOs具有较大的禁带宽度,提供了高可见光透射率。氧化铟锡(Indium tin oxide,ITO)薄膜作为一种透明导电氧化物薄膜,具有禁带宽度宽、可见光透过性高、近红外反射性高及电阻率低等优点。因为,该材料是目前使用最广泛的透明导电氧化物,约占国际市场份额的97%。ITO薄膜仍存在一些亟待解决的缺点,如In元素的稀缺性导致ITO薄膜成本较高、薄膜在近红外区域透光性较差、较大的脆性难以满足现代光电器件对柔性的要求等。随着科技发展以及各种电子元器件的更新换代,ITO薄膜的各项性能不再能满足应用的需要,如何进一步提高ITO薄膜的性能成为当今研究的一个热点。对ITO薄膜进行元素掺杂可以提高其综合性能。高价金属元素的不等价置换可以产生自由电子,通过提高载流子浓度、载流子迁移率控制ITO薄膜载流子的散射机制,可以进一步优化薄膜的光电性能。在力学性能方面,通过引入杂质元素可以抑制ITO薄膜表面载流子迁移、提高其结晶温度,从而抑制薄膜的结晶,减小薄膜内应力。另一方面,为了应对高温、高压、强腐蚀性环境,利用元素掺杂可以促进钝化层的形成,提高化学键的稳定性。本文综述了元素掺杂ITO薄膜的研究进展,介绍了杂质元素掺杂的手段,以及其对ITO薄膜光电特性、力学性能、稳定性影响的相关研究,总结了目前研究中尚存的盲区,并提出了元素掺杂ITO薄膜的发展方向。
