固体所在空穴型近红外透明导电薄膜研究方面取得新进展

近期，中科院合肥研究院固体所功能材料物理与器件研究部和等离子所等科研人员合作在 p型近红外透明导电薄膜研究方面取得新进展。研究人员设计并制备了新型空穴型（ p型）铜铁矿 CuRhO₂薄膜，并通过参数优化获得了高近红外波段透过率和低室温方块电阻。相关研究结果以“ p-Type Near-Infrared Transparent Delafossite Thin Films with Ultrahigh Conductivity”为题发表在 Advanced Optical Materials (Adv. Opt. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adom.202102559)杂志上。

透明导电薄膜是一类兼具光学透明和导电性的光电功能材料，在触摸屏、显示器及光伏电池等领域有着广泛的应用。目前商用的透明导电薄膜均为电子型（n型）。空穴型透明导电薄膜由于O-2p轨道的局域化、大的空穴有效质量和载流子自补偿效应，其光电性能远落后于n型透明导电薄膜，严重阻碍了新型透明电子器件的发展。

研究人员通过理论计算发现，铜铁矿结构CuRhO₂材料是一种间接带隙半导体。Cu⁺的d轨道与O^2-的2p轨道可进行杂化，从而减弱价带顶附近载流子的局域化，实现p型高电导率；另一方面该材料在可见光及近红外波段表现出弱的光吸收行为，具有高透过率。研究人员在前期金属型铜铁矿薄膜的研究基础上(Advanced Functional Materials, 30, 2002375(2020))，采用非真空工艺进一步获得了大尺寸p型CuRhO₂透明导电薄膜。该薄膜表现出c轴自组装织构生长特征，有利于其在ab面内载流子的传输。由于Rh³⁺大的离子半径可实现空穴型载流子重掺杂，使得Mg掺杂CuRhO₂具有非常高的室温电导率（735 S/cm）、高的近红外波段透过率（85~60%）及低的室温方块电阻（4.28~0.18 kΩ/sq）。这种高性能的p型透明导电薄膜的发现为后续基于透明n型及p型薄膜的高性能全透明异质结构筑及应用提供了一种潜在的候选材料。

上述研究得到了国家自然科学基金的支持。

文章链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202102559 。

图 1. 近红外透明导电 CuRhO₂ （ 2 英寸）薄膜实物图。

图 2. CuRhO₂ 能带结构及 10%Mg:CuRhO₂ 薄膜光学透过率和室温方块电阻。