【儀表網 儀表研發】近期，固體物理研究所功能材料研究室在基于關聯電子材料的p型透明導電薄膜研究中發現：關聯氧化物中電子關聯強度的調節是探索高性能p型TCO材料的有效途徑。相關研究成果發表在Physical Review Applied上，并被選為編輯推薦 (Editors’suggestion)論文。江蘇科技大學趙明琳博士與安徽大學何剛教授參與了研究工作。
 

典型p型TCO薄膜的透明導電性能對比
 

　　透明導電氧化物(簡稱TCO)薄膜是一類集光學透明和導電性于一體的重要功能材料。目前已經廣泛用作平板顯示器、太陽能電池、觸摸屏和發光二極管等光電子器件的透明電極。TCO材料根據導電載流子類型分為n型即電子導電型和p型即空穴導電型。n型和p型的TCO薄膜相結合還可構建出透明二極管和透明場效應管等器件，從而極大拓展TCO材料的應用領域并誕生新型光電子器件。然而，當前實際應用的TCO材料均為n型，高性能p型材料的缺乏嚴重制約了TCO材料的應用。究其原因在于金屬氧化物本身的電子結構所引起: 金屬氧化物中的金屬原子與氧原子以離子鍵結合，價帶由強局域化的O 2p軌道構成，導致金屬氧化物空穴有效質量大、空穴遷移率低和空穴摻雜性差。因此，如何調整金屬氧化物的價帶來削弱其局域化效應是獲得高性能p型TCO的關鍵因素。
 

　　為此，研究人員從材料電子結構的角度出發，提出了在關聯氧化物中利用由電子間庫侖相互作用所導致的電子關聯來探索高性能p型TCO的思路：一方面，電子關聯將導致其價帶由過渡金屬離子的d軌道組成或者與O 2p軌道雜化組成，保證了材料的p型導電性；另一方面，由電子關聯導致的載流子有效質量的增大將有利于在可見光區打開透明窗口。因此，電子關聯可以作為探索高性能p型TCO材料的關鍵參數。基于上述想法，研究人員發現在電子關聯強度較小的V2O3薄膜中可實現p型導電性和光學透明性的良好平衡。不同厚度的V2O3薄膜在保持良好導電性(400-2122Scm-1)的同時具有較高的可見光區透過率(40%-78%)，其透明窗口為0.97-3.6eV。上述結果表明：關聯氧化物中電子關聯強度的調節是探索高性能p型TCO材料的有效途徑。
 

　　該工作得到國家自然科學基金和科技部重點研發項目的支持。