新发现！ITO/云母柔性薄膜

随着科技的不断发展和人们对柔性电子技术的需求增加，柔性透明光电器件的研究扩展了传统无机半导体光电器件的应用领域，成为信息时代电子产品的重要发展方向。超薄 ITO 薄膜具有优异的光学性能，但其电气性能较差，这极大地限制了其在光电设备领域的进一步应用。

鉴于此，湘潭大学和西安电子科技大学的学者在柔性云母衬底上制备了厚度为 10 纳米的大面积（4 英寸）ITO 薄膜。相关研究成果以“Large-scale, high-transparency, ultra-thin ITO membranes with robust conductivity and flexibility”为题发表在Acta Materialia 上。

该薄膜具有出色的低电阻率（1.32×10-4 Ω-cm）、高载流子浓度（2.2 × 1021cm-3）、高光学透明度（>98.1%）和原子级平坦表面。通过XPS表征和**性原理计算，ITO 和云母之间的范德华界面能在超 ITO 薄膜中诱导出更高浓度的氧空位，这是其显著增强导电性的原因。此外，ITO/云母柔性薄膜还具有出色的耐久性和可回收性，即使在2.5毫米的高弯曲半径和数万次弯曲循环中，其光电特性依然稳定。这项研究为柔性透明电子设备的进一步发展和应用提供了重要的实验基础。

图1：超薄柔性透明ITO/Mica 薄膜的制备和表征。(a) 通过机械剥离获得新鲜云母，(b) 通过射频磁控溅射制备 ITO 薄膜，(c) ITO/Mica 的示意图，(d) AFM 表面形貌，(e) 柔性 ITO/Mica 的横截面 TEM 图像和 (f) HRTEM 图像

图2：ITO/Mica 和ITO/YSZ 的 XPS 峰拟合光谱：(a) In 3d5/2，(b) Sn 3d5/2

图3：(a) ITO 和 (b) ITO/ZrO2 薄膜的侧视图，(c) ITO 和 ITO/ZrO2 薄膜的氧空位形成能，红色和绿色实线分别表示ITO 和 ITO/ZrO2 薄膜

图4：发光二极管 (LED) 上柔性透明 ITO/Mica 薄膜在不同弯曲状态下的亮度图像：(a) flat, (b) flex-out, (c) flex-in.

本研究通过射频磁控溅射技术在云母衬底上制备出大面积超薄ITO薄膜。研究结果显示，范德华界面上的ITO相比晶格匹配的化学键界面具有更低的氧空位形成能。由于高氧空位浓度的影响，ITO薄膜展现出优异的导电性能，其方块电阻低至149 Ω/sq，载流子浓度高达2.2 × 1021 cm-3，电阻率低至1.32×10-4 Ω-cm。在柔性弯曲条件下，ITO薄膜的方阻和透光率保持稳定。本文所报告的ITO/云母薄膜为柔性平板显示器、柔性太阳能电池以及各种柔性光电探测器的进一步集成设计提供了理想选择。