透明导电薄膜——光学材料里的“魔法棒”！

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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。

透明导电氧化物(transparent conductive oxide简称TCO)薄膜主要包括In、Sb、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料。从物理性能上来讲，TCO薄膜又是一种半导体光电材料，能够通过掺杂等手段增加载流子数量从而使系统呈现简并特性。由于具有禁带宽、电阻率低、可见光区光透射率高和红外光谱区光反射率高等优良的光电特性，长期以来被广泛应用于太阳能电池、平板显示器、有机发光二极管、低辐射玻璃、特殊功能窗涂层、透明薄膜晶体管及柔性电子器件等领域。

图1、透明导电氧化物的能带结构^[1]

其中，铟锡氧化物（ITO）为目前触摸、显示领域的主流透明导电材料，其典型的组成为90%的氧化铟（In₂O₃）和10%的氧化锡（SnO₂）。其禁带宽度大于3.5 eV，电阻率低至10^-4 Ω·cm数量级，具有紫外截止（紫外吸收率大于85%）、高可见光透过率（大于85%@550 nm）、高红外反射率（大于80%）等独特的光学特性，同时对微波具有较强的衰减作用。

图2、透明导电薄膜的应用领域

透明导电氧化物薄膜等离子体具备哪些光学特性？

除了常规的透明电极应用外，透明导电氧化物在特定环境一定谱段内可表现出负的实部介电常数，载流子浓度上等性能调制灵活，因此透明导电氧化物可以作为等离子体材料来应用。

研究表明，ITO在近红外区域的传导能量损耗与银大致相当，但在长波范围，其损耗明显低于银。铝掺杂氧化锌（AZO）在通信波段1.5 μm处的传导能量损耗比起银的损耗要低三倍多。镓掺杂氧化锌（GZO）的性能虽不及AZO，但也表现出低损耗特点^[2]，在光电子学和纳米光电子学方面有重要的应用前景。

随着高精度微纳加工技术的不断进步，透明导电氧化物薄膜的图案可以达到微米或纳米尺度。特别是通过电子束光刻技术，结合反应离子束蚀刻、湿化学刻蚀以及剥离工艺可以获得各种纳米结构的透明导电氧化物。另外，通过化学方法还可以制备透明导电氧化物的纳米球或纳米棒。以上加工/合成方法为基于透明导电氧化物等离子体材料和器件的开发提供了技术支撑。可通过调节ITO成分中的Sn的掺杂量实现了ITO在近红外区的表面等离子体共振频率的调谐^[3]。也可通过调节AZO纳米晶的自由电子，实现了纳米颗粒在近红外区的吸收可调以及可见光区的透明化^[4]。

透明导电氧化物不仅可以作为可调谐等离子体单元使用，而且还可以制作成等离子体器件。可利用ITO-Au杂化制作全光控制的单一等离子体纳米天线^[5]。透明导电氧化物还被验证可支持电介质材料界面的SPP^[6]，或ITO薄膜在近红外区的SPP激发^[7]。透明导电氧化物在近红外区可作为等离子体材料在超材料方面的应用^[8]。

图3、重掺杂透明导电氧化物光学性质:介电常数实部(A)和虚部(B)随波长的变化关系

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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。

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