发布时间 : 星期六 文章ITO透明导电薄膜替代品发展现状更新完毕开始阅读
薄时，其稳定性就不能被接受了。与此相反，在同样条件下制备的ITO薄膜即使厚度小于25nm，其电阻率还相对稳定。人们还发现，当基板沉积温度在100到200℃的范围时，AZO和GZO薄膜电阻率的稳定性就与温度无关了。
图表 7 PLD-AZO薄膜的透射电镜图片
图7包含了厚度分别为20和30nm的PLD-AZO薄膜的透射电子显微镜（TEM）照片，同时还测量了其表面粗糙度。应该指出的是，厚度约20nm的薄膜表面比较粗糙，而厚度达到30nm左右时表面就相对光滑一些。除了透射电子显微镜图像外，原子力显微镜也观察到了相似的薄膜生长图像。磁控溅射制备的AZO薄膜也有类似的薄膜生长现象。
我们前面说过，载流子浓度为1020?1021cm?3的多晶硅AZO和GZO薄膜的电导率取决于杂质的电离散射[41,42]。此外，根据实验和理论上分析载流子浓度和霍尔迁移率之间的关系，我们认为薄膜在高湿度环境中电阻率随暴露时间延长而增加的原因是晶界散射。暴露时间与载流子浓度以及霍尔迁移率[11,12]的关系示于 图8，三种薄膜的数据示于图5.
图表 8 图5列出的三种薄膜的暴露时间与载流子浓度和霍尔迁移率之间的关系，测试条件：暴露200小时
电阻率的增加与霍尔迁移率和载流子浓度的降低都有紧密的关系。根据Seto’s 公式[42,43]计算的迁移率对晶界散射的依赖关系在图中以实线表示。理论与实验符合的很好，说明多晶硅AZO和GZO薄膜晶体表面吸附的氧增强了其在高湿度环境中的稳定性。上述结果使我们相信AZO薄膜的电阻率主要取决于薄膜表面的氧吸附，而与晶界散射没有多大关系。如图9所示：薄膜表面吸附的氧产生的势垒阻止了电子的传递。当膜厚降低时这种效应将会增强。
图表 9电阻率增加的潜在机制：吸附氧产生的势垒
另一方面，我们认为ITO和AZO或GZO的区别就是是否有空点吸附氧，这与成键的离子性与共价性有关。因此，厚度小于50nm的多晶硅AZO和GZO薄膜是不稳定的。特别是，它们想达到相当于ITO的稳定性很困难。不过，正如上
所述，ZnO薄膜的热稳定性可以通过掺杂适量的杂质来提高[1,37,39]，AZO和GZO薄膜的化学稳定性可以通过共掺杂来提高[31,40]。另外，我们最近发现：AZO和GZO薄膜电阻率的稳定性可以通过共掺杂另外一些杂质来提高，如掺杂V，Cr，
Co或In。
图表 10 PLD制备的各种厚度V-AZO薄膜的电阻率与暴露时间的关系
作为一个例子，图10显示了在200℃条件下通过PLD在玻璃基板上沉积的掺杂V的不同厚度的AZO薄膜电阻率的稳定性。我们在高相对湿度的环境（空气相对湿度90%，温度为60℃）下测试了掺杂5% Al和0.3% V制备的AZO：V薄膜。应该指出，厚度为50nm的AZO：V薄膜已能达到实际应用中透明电极的稳定性要求。
4 结论
可以得出结论：最好的替代ITO作为LCDs透明电极的材料是掺杂ZnO，如掺杂Al或Ga的ZnO（AZO或GZO）。考虑到资源的可用性和环境保护，AZO是最好的候选材料。有关AZO和GZO代替ITO用在LCDs的透明电极的重要问题已在实验室水平得到解决，研究结果表明：在有氢或无氢介入的情况下，射频磁控溅射是沉积掺杂ZnO薄膜最好的方法。此外，我们新研发了具有足够稳定性的50nm厚的掺杂V的AZO薄膜，它可用于实际应用的透明电极。目前，我们主要致力于研究和发展该项技术，以期它能用在在不同的LCDs生产线。然而，当膜厚小于30nm时，掺杂ZnO薄膜要想获得与ITO相媲美的稳定性仍然困难重重。
应当强调的是：充足的供应与不污染环境是AZO和GZO能取代ITO的重要因素。
致谢
因为富有成果的讨论，在此，我要感谢T.Miyata教授。这项工作得到了MEXT HAITEKU部分支持。
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