透明導(dǎo)電氧化物（Transparent Conductive Oxide， TCO）是一種在可見光光譜范圍（380nm ＜ λ ＜ 780nm）透過率很高且電阻率較低的薄膜材料。TCO薄膜材料主要有CdO、In₂O₃、SnO₂和ZnO等氧化物及其相應(yīng)的復(fù)合多元化合物半導(dǎo)體材料。

發(fā)展歷程：

（1） 1907 年Badeker等人**次通過熱蒸發(fā)法制備了CdO透明導(dǎo)電薄膜，開始了對(duì)透明導(dǎo)電薄膜的研究和利用

（2） 十九世紀(jì) 50 年代分別開發(fā)出基于 SnO₂和 In₂O₃的透明導(dǎo)電薄膜

（3） 隨后的 30 年里又出現(xiàn)了ZnO基的薄膜

這個(gè)時(shí)期，TCO材料主要基于這三種體系：In₂O₃、SnO₂、ZnO。然而，一種金屬氧化物薄膜的性能由于材料包含元素固有的物理性質(zhì)不能滿足人們的要求。為了優(yōu)化薄膜的化學(xué)和光電性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)高透射率和低電阻率，科學(xué)家們做了進(jìn)一步的研究。

（4） 20 世紀(jì) 90 年代，日本和美國(guó)一些科研機(jī)構(gòu)開始了兩種以上氧化物組成的多元化合物材料的研究與開發(fā)，通過調(diào)整成分與化學(xué)配比來獲得所需的TCO材料

目前，應(yīng)用*多的幾種TCO材料是：氧化銦錫（ITO， In₂O₃： Sn），摻鋁的氧化鋅（AZO，ZnO： Al），摻氟的氧化錫（FTO， SnO₂： F），摻銻的氧化錫（ATO， Sn₂O： Sb）等。

TCO的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，主要用于液晶顯示器的透明電極、觸摸屏、柔性OLED屏幕、光波導(dǎo)元器件以及薄膜太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。

在透明導(dǎo)電氧化物薄膜中，ITO具有很高的可見光透射率（90％），較低的電阻率（10^－4～10^－3Ω?cm），較好的耐磨性，同時(shí)化學(xué)性能穩(wěn)定。因此，ITO在TCO薄膜中的比重*高。

ITO在一般情況下為體心立方鐵錳礦結(jié)構(gòu)，是基于In₂O₃晶體結(jié)構(gòu)的摻雜，In₂O₃中In原子是六配位，O原子是四配位。In₂O₃晶體結(jié)構(gòu)中本征缺位（氧缺位）和Sn^4＋替代In位兩種機(jī)制共同貢獻(xiàn)了大量自由電子，因此ITO為n型半導(dǎo)體，載流子濃度在10²¹／cm³左右，為重?fù)诫s。

導(dǎo)電機(jī)制如下：

氧化銦錫的導(dǎo)電機(jī)制主要涉及兩方面的因素——本征缺陷和雜質(zhì)缺陷。In₂O₃晶格中立方體的六個(gè)頂角處被氧原子占據(jù)，留下兩個(gè)氧缺位，這樣會(huì)使得的臨近缺位和遠(yuǎn)離缺位的兩種氧離子不等價(jià)。在還原氣氛中， In₂O₃中的部分氧離子生成氧氣（或與還原劑結(jié)合成其他物質(zhì)）析出，留下一個(gè)氧空位，而多余的電子在In₂O₃中形成滿足化學(xué)計(jì)量比的In^3＋_2－x（In^3＋·2e）_xO^2－_3－x，反應(yīng)式表示為：

In₂O₃ → In^3＋_2－x（In^3＋·2e）_xO^2－_3－x ＋ x／2 O₂

當(dāng)In₂O₃摻入一定比例的錫后，高價(jià)的錫離子（ Sn^4＋ ）占據(jù)了銦（ In^3＋ ）位，從而產(chǎn)生一個(gè)電子，*后形成了這樣的結(jié)構(gòu)In^3＋_2－x（Sn^4＋·e）_xO₃。摻雜反應(yīng)式如下：

In₂O₃＋x Sn^4＋ →In^3＋_2－x（Sn^4＋·e）_xO₃＋ x In^3＋

在低溫度下沉積的ITO薄膜中氧缺位提供的電子對(duì)其良好的電導(dǎo)率起主要作用；在高溫下沉積或進(jìn)行過退火工藝的ITO薄膜中，Sn^4＋對(duì)In^3＋的取代產(chǎn)生的電子成為載流子的主要來源。

作為直接帶隙的半導(dǎo)體材料，ITO的禁帶寬度一般在3.5～4.3 eV范圍內(nèi)。未摻雜的In₂O₃帶隙為3.75 eV，導(dǎo)帶中電子的有效質(zhì)量為：mc≈ 0.35m0，其中m0為自由電子的質(zhì)量。由于Sn的摻入，導(dǎo)帶底部會(huì)形成n型雜質(zhì)能級(jí)。逐漸增加Sn的量，費(fèi)米能級(jí)EF也不斷向上移動(dòng)，當(dāng)移至導(dǎo)帶底部，此時(shí)的載流子濃度被定義為臨界值nc。通過Mottv’s Criterion準(zhǔn)則可以得到nc的值：

n_c^1／3a₀＊≈0.25

其中a₀＊為有效波爾半徑，約為1.3nm，故求得臨界濃度為7.1×1018／cm³。ITO薄膜載流子濃度一般在1021／cm³以上，屬于重度摻雜，大于臨界濃度，因此其導(dǎo)帶中的低能態(tài)被電子填充。由于Burstein－Moss 效應(yīng)，ITO薄膜的光學(xué)帶寬增加，實(shí)際光譜吸收限波長(zhǎng)藍(lán)移。帶隙的增量可以表示為：

ΔE_g^BM （n）＝ h／2｛1／m_c＊＋1／m_v＊｝（3π²n）^2／3

與之相反的，雜質(zhì)原子的電子波函數(shù)會(huì)發(fā)生重疊，單一的雜質(zhì)能級(jí)擴(kuò)展形成能帶，并且與導(dǎo)帶底相連，構(gòu)成新的簡(jiǎn)并導(dǎo)帶，導(dǎo)致其尾部擴(kuò)展至禁帶中，從而使得禁帶變窄。另外，還有其他一些因素致使ITO禁帶寬度變窄，如多體效應(yīng)，電子空穴之間屏蔽增加所導(dǎo)致的激子結(jié)合強(qiáng)度減小，晶體自能的改變。但是通常Burstein－Moss 效應(yīng)占主導(dǎo)地位。

圖中E_g，E_g’分別表示In₂O₃和ITO的禁帶寬度，ITO薄膜實(shí)際的光學(xué)帶隙通常大于未摻雜In₂O₃的帶隙。ITO所具有的寬光學(xué)帶隙的特點(diǎn)是其作為高透射率薄膜材料的必要條件。

采用德國(guó)薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴(yán)格工藝標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)式流程技術(shù)制備體系，能夠制備各種超高性能光學(xué)薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating, 激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應(yīng)用領(lǐng)域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫(yī)用激光器、紅外制導(dǎo)、面部識(shí)別、VR/AR應(yīng)用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框等。