中红外透明导电膜主要应用于军事领域,也可民用。其研究既有科学意义,又有应用前景。已应用的透明导电膜,仅透射可见和近红外光,不透射中红外光,主要原因是中红外光与电子作用,产生等离子体共振吸收,其ωp决定了透射频率下限。主要研究电导率和透射率,此膜蕴含的科学问题是膜材料中的载流子运动、红外光与载流子的作用,即最佳载流子浓度N值、提高迁移率μ和有效质量m*。研究降低ωp,提高表面μ,研究不同杂质、p型掺杂(创新点)、重空穴、氧空位密度对ωp、μ、N的影响;研究补偿掺杂与最佳N值关系;研究晶格振动与红外光的耦合;研究减少自由载流子吸收、吸收机制、与声子的相互作用;研究μ与温度关系;研究光学波和声学波、电离杂质、晶界对载流子散射、m*对散射的影响;研究镀膜方法、参数、条件(时间、温度、压力、功率)和退火,对薄膜质量和性能影响,对载流子有效质量、透过率、电阻率、结晶状况、晶粒直径和表面粗糙度影响。
我们完成了各项任务,达到了主要技术指标和水平,实现了预期目标。发表了15篇文章,申报了2项专利,培养了7名博士生和硕士生。认真执行了计划书中规定的研究计划内容,主要研究提高电导率和透射率,即研究膜材料中的载流子运动,红外光与载流子、晶格的相互作用等。包括选择材料和掺杂、选择制备薄膜方法、研究制备参数和条件等。研究了掺杂Te、Cr、Nb、Ti、Al、Ga对薄膜性能的影响。通过掺杂,降低了等离子体振荡频率ωp,减少了自由载流子吸收,增强了电导率和透射率。利用磁控溅射法、溶胶凝胶法、双层反应法,研制了掺杂In2O3、掺杂ZnO和掺杂铜铝氧三种薄膜,其透过率>75%。 1. 研究了如何提高透射率研究了如何降低介质载流子等离子体振荡频率ωp;研究了p型掺杂,研究了重空穴对等离子体振荡频率ωp的影响。研究了掺杂不同杂质,对ωp的影响。研究了氧空位的密度与ωp关系。研究了红外光与晶格振动的耦合。研究了减少自由载流子的吸收。研究了自由载流子的吸收机制,研究了自由载流子和声子的相互作用。研究了补偿掺杂与载流子浓度的关系。 2. 研究了如何提高电导率研究了载流子浓度的最佳值。研究了掺杂对电导率的影响。研究了如何提高迁移率μ。研究了表面迁移率μ及其与温度关系。研究了晶格振动对载流子的散射,包括光学波和声学波散射,m*对散射的影响等。研究了电离杂质和晶界对载流子的散射。研究了氧空位的密度与μ关系,对电导率的影响。 3. 研究和制备了氧化物红外透明导电薄膜研究了镀膜方法,采用等离子体磁控溅射方法,研究了参数和条件,如氧分压、溅射压强、溅射功率、溅射时间、退火和衬底温度等对薄膜的质量和性能影响,对载流子有效质量影响、对透过率和电阻率影响;对结晶状况、晶粒直径和表面粗糙度影响等。研究了退火对应力和性能的影响。总结出最佳工艺条件。 4. 测量和表征了薄膜