透明導電金屬氧化物電子能帶結構計算

 

刊登日期:2003/4/5
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透明導電氧化物(Transparent Conducting Oxide; TCO)被使用於工業方面已超過50年。TCO 是一種寬能隙半導體(能隙大於可見光範圍),為可透光及可導電兩種特性混合的材料。其中最為知名的為In2O3再摻雜Sn形成ITO,及氧化鋅摻雜鋁、鎵、銦(Al、Ga、In)。ITO 及ZnO薄膜對可見光透光率可大於80%,同時摻雜後電阻係數可達10-4?cm等級,而被廣泛應用於光電產業,如液晶平面顯示器LCD、太陽能電池等。在提高透光率與導電性能上,我們亟需瞭解最基本的摻雜後之In2O3和ZnO晶體特性,由於其電子能帶結構很少被討論,因此我們使用密度泛函(Density Functional Theory)全始計算方法,來研究In2O3晶體摻雜Sn 和ZnO摻雜Al、Ga、In、Si、Ti後的能帶結構變化。結果顯示,摻雜前後之主要電子能帶結構仍維持不變,只有費米能階往傳導帶移動。這種費米能階的移動提供了導電性,同時也維持透光性的解釋。另外也比較ZnO 摻雜Al 、Ga 、In 和Si 後之晶體能量,以ZnO 摻雜Al 為最低,而摻雜一個Si 的效果等同於摻雜兩個Al 。
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