导电薄膜和包括其的电子器件的制作方法_2

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aBz、NbBz、YB2、WB2、VB2、M0B2、ScBz、或 其组合。在一种实施方式中,所述导电薄膜可包括单晶或多晶化合物。化学式I的化合物 可为单晶的或多晶的。
[0052] 所述导电薄膜具有优异的光透射率W及出色地高的导电性并且可有效地 (actively)用于期望导电性和透明性的应用领域,例如,用于透明电极等。例如,所述导电 薄膜在小于或等于IOnm的厚度下对于在约550nm波长处的光可具有大于或等于约80 %、大 于或等于约85%、或者大于或等于约90%、或者80%-90%的光透射率。此外,所述导电薄 膜可同时具有相对高的电导率(例如,大于或等于约10,OOOS/cm)W及所述高的光透射率。
[0053] 已经进行了各种努力W开发具有高的电导率和在可见光区域中的透明性的柔性 的透明电极材料。就此而言,金属可具有高的电子密度和高的电导率。然而,金属容易地与 空气中的氧气反应而在表面上提供氧化物,并且因此导电性可降低。还已经尝试通过使用 其中表面氧化减少并且其中电导率优异的陶瓷材料降低表面接触电阻。然而,对于当前使 用的导电陶瓷材料(例如,氧化铜锡,"IT0"),难W实现金属水平的导电性,原材料的供应 不稳定,并且特别地,其具有不足的柔性。另一方面,自从报道了作为层状材料的石墨締的 导电特性W来,已经积极地进行了开发由具有弱的层间结合力的层状材料形成的单原子层 状薄膜的努力。特别地,已经进行了朝着应用石墨締作为能够替代具有不足的机械特性的 氧化铜锡广IT0")的高度柔性的透明导电膜材料的许多努力。然而,石墨締由于高的吸收 系数(a)而可几乎不显示出令人满意的透射率,并且其很少具有大于或等于约四片单原 子层的厚度。另一方面,大多数的已知具有层状晶体结构的过渡金属二硫属化物广TMD") 显示出令人满意的透射率,但是由于其与半导体的导电性相当的导电性,可不容易应用于 形成透明导电膜。
[0054] 相反,化学式1的棚化物化合物具有高的导电性。例如,所述导电薄膜可具有大于 或等于约5000西口子/厘米(S/cm)、大于或等于约6000S/cm、大于或等于约7000S/cm、大 于或等于约10,OOOS/cm、或者大于或等于约30,OOOS/cm的电导率。
[00巧]此外,在金属和棚之间具有1:2的组成比的化学式1的化合物可具有层状晶体结 构。在该层状晶体结构中,单元层通过范德华力连接,并且因此可在层之间滑动和通过机械 剥落、液相剥落等制造成纳米片,提供具有优异柔性的薄膜。因此,根据一种实施方式的W 上导电薄膜可合乎需要地应用于柔性电子器件。
[0056] 此外,化学式1的棚化物化合物具有低的光吸收系数并且因此可提供在可见光区 域中大于或等于约80%例如大于或等于约90%的透射率。所述导电薄膜中的化学式1的二 棚化物化合物可具有小于或等于约35Q/ □例如小于或等于约6Q/ □的对于具有约550nm 波长的光的吸收系数广a")与其电阻率广P")的乘积。
[0057] 本文中,所述吸收系数和所述电阻率可由计算机模拟获得。换而言之,电阻率 广P")可通过由相应的金属二棚化物化合物的晶体结构计算费米能级附近的能带(带, band)结构和态密度("DOS")而获得。此外,对于预定波长的吸收系数广a")可由所述 化合物的介电常数计算,所述介电常数是通过应用化Ude模型和考虑由于带间跃迁引起 的电子跃迁而获得的。用于提供吸收系数广a")和电阻率广P")的模拟公开于Georg Kresse和JurgenFurthmuller,TheViennaAb-initioSimulationPackage,Institut furMaterialphysik,UniversitatWien,Sensengasse8,A-IISOWien,Austria,August 24, 2005中,将其内容全部包括在本文中作为参考。所述模拟程序如表I中所示:
[0058]表1
[0060]DFT:密度泛函理论
[0061]DFPT:密度泛函微扰理论
[0062]Drude模型:用于固体的自由电子模型
[006引 O、T、nwf、y、P:分别为电导率、弛豫时间、有效质量、迁移率、和电阻率
[0064] Op、:分别为等离子体频率和筛选的等离子体频率。
[0065] W下详细地说明表1的描述。
[0066] 为了计算材料的量子力学状态,进行基于DFT方法(密度泛函理论:通过使用电子 密度函数代替波函数来描述电子分布而解量子力学方程的方法)的第一性原理计算(第一 性原理计算:由基本方程在不使用外部参数的情况下进行的计算)W计算电子的量子力学 状态。使用VASP(ViennaAbinitiosimulationpackage的代码)的第一性原理DFT代 码计算电子状态。2DEG候选材料组选自ICSDQnorganicCrystalSt;ruc1:ureDatebase), 并且其可通过输入原子结构信息和描绘能级的电子而计算,W提供在电子的k-空间上的 态密度函数和能量密度函数。
[0067] 通过该DFT模拟而计算的电子结构提供E-k图(能带结构)和DOS(态密度:电子 态密度,每能量的电子态密度函数)信息,并且可确定其是金属性导电材料值OS巧)〉0)还 是半导电型导电材料值OS巧)=0)(取决于在其中可存在电子的最大能级("E")中是否 存在DO巧。为了预测导电性金属材料的电导率广O"),通过引入半经典玻尔兹曼输运模型 而估计其导电特性。在此情况下,假定电子的T(弛豫时间:其中电子可运动而没有碰撞的 时间)是常数。
[0068] 玻尔兹曼输运
[0070] 此处,T为电子的弛豫时间;k为电子在k-空间处的状态;V化)为在k状态下电 子的速度;f为费米-狄拉克分布;和E为能量。在此情况下,V似可从E-k图计算。曰/ T可从W上关系方程获得。
[0071] 决定导电材料的透射或吸收的机理大致上包括由于自由电子的等离子体状振荡 而引起的带内吸收和由于束缚电子的带到带跃迁而引起的带间吸收。可通过例如表2即对 于光学性质的模拟表中的方法获得显示各机理的量子模拟方法。
[0072] 表2 :对于光学性质的模拟表
[0074] B表示能带,和D表示化Ude模型。
[0075] 在此情况下,固体的介电常数广e")、折射率("n")和吸收系数广a")的关系如 下所示。介电常数可考虑介电常数广e")的由带间跃迁导致的部分和介电常数广e")的 由带内跃迁导致的部分两者而计算。
[007引 e(CO) =e(Drude)+e惟带)
[0077] =e1 (w)+ie2(W)介电函数
[007引(n+ik)2=e(CO)折射函数
[007引 a(CO) = 4JTk/入吸收系数
[0080] 如在W上电导率计算中那样,带间吸收的情况可通过预先计算的能带结构计算; 另一方面,自由电子的带内吸收的情况是如下通过基于化Ude建模的电导率和光学系数计 算而模拟的,如JinwoongKim,JournalofAppliedPhysics110,0835012011 中所公开 的,将其内容全部引入本文作为参考。
[0081]CGS单位
[0082] 0 (CO) = 0 〇/[l-iOT]AC电导率
[0083]00= ne2 T/mDC电导率
[0084] e(O) = 1+i(4 3t/o) 0 (O)
[0085] 〇p2T=0〇/e。 (si)
[0086]=4JT00kgs)
[0087] e(O) = 1+i(4JT/O)0〇/ [1-iOI] = I-(4JT0〇/O)/ [i+OI]
[0088] = I- (4 JT 0 〇/ O ) (-i+ O I ) / [1+ ( O I ) 2]
[0089] =l-(c〇p T)^[l+(oT)2]
[0090] +i(OpT)2/[0I(l+(0I)2)]
[0093]O:频率
[0094]Op:等离子体频率
[009引 k:消光系数
[0096] 如W上中那样,材料的计算的介电函数可通过将计算的带间吸收和带内吸收结合 而获得,并且由此可模拟光学常数,然后最后,可计算材料的反射率广R")、吸收系数广a") 和透射率广T")。
[0097] 根据W上方法获得由化学式1表示的二棚化物化合物的电导率(单晶的模拟值)、 吸收系数广a")、电阻率广P")W及吸收系数与电阻率的乘积、和在90%透射率处的薄层 电阻并且将其提供在表3中。
[0098]表 3

[0101] 电阻率广P")与吸收系数广a")的乘积可根据W下方程通过薄层电阻广Rs")与 透射率广InT")的乘积表示。因此,对于所述导电薄膜的材料而言,具有越小乘积P*a的 化合物可越好。
[010引eOt=T(即,曰t=-InT)
[0103]Rs=P/t
[0104] ... P* 曰=Rs* (-InT)
[010引a:吸收系数
[0106]P:电阻率
[0107]T:透射率(在A= 550nm处)
[010引t:厚度
[0109]Rs:薄层电阻
[0110] 根据所述实施方式的导电薄膜中包括的所述化合物可具有小于或等于约35、 例如小于或等于约6、或者约0. 1-约35、或约1-约6的吸收系数与电阻率的乘积(即, Rs*(-lnT)),W提供具有高的导电性和优异的透明性(目P,低的薄层电阻和高的光透射率) 的导电薄膜。
[011U 根据一种实施方式的导电薄膜包括包含金属(即Au、Al、Ag、Mg、化、佩、Y、W、V、 10、5。、化、111、03、1'(3、脚^6、2'、或1'1)和非金属元素(即的的无机材料并且在薄的厚度 下可具有非常高的导电性。不希望受任何具体理论束缚,所述导电薄膜包括在层状晶体结 构中的二维受限的电子,并且由于即使在薄的厚度中所述电子也可W高的迁移率运动,因 此认为其实现了非常高的导电性W及高的透明性。此外,包括具有层状晶体结构的化合物 的所述导电薄膜可在层之间滑动W提供高的柔性。由W上化学式1表示的二棚化物化合物 的层状晶体结构可属于具有P6/mmm(191)至间群的六方晶
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