近期，固體物理研究所功能材料研究室在基于關(guān)聯(lián)電子材料的p型透明導(dǎo)電薄膜研究中發(fā)現(xiàn)：關(guān)聯(lián)氧化物中電子關(guān)聯(lián)強度的調(diào)節(jié)是探索高性能p型TCO材料的有效途徑。相關(guān)研究成果發(fā)表在Physical Review Applied上，并被選為編輯推薦 (Editors’suggestion)論文。江蘇科技大學(xué)趙明琳博士與安徽大學(xué)何剛教授參與了研究工作。 

　　透明導(dǎo)電氧化物(簡稱TCO)薄膜是一類集光學(xué)透明和導(dǎo)電性于一體的重要功能材料。目前已經(jīng)廣泛用作平板顯示器、太陽能電池、觸摸屏和發(fā)光二極管等光電子器件的透明電極。TCO材料根據(jù)導(dǎo)電載流子類型分為n型即電子導(dǎo)電型和p型即空穴導(dǎo)電型。n型和p型的TCO薄膜相結(jié)合還可構(gòu)建出透明二極管和透明場效應(yīng)管等器件，從而極大拓展TCO材料的應(yīng)用領(lǐng)域并誕生新型光電子器件。然而，當(dāng)前實際應(yīng)用的TCO材料均為n型，高性能p型材料的缺乏嚴(yán)重制約了TCO材料的應(yīng)用。究其原因在于金屬氧化物本身的電子結(jié)構(gòu)所引起: 金屬氧化物中的金屬原子與氧原子以離子鍵結(jié)合，價帶由強局域化的O 2p軌道構(gòu)成，導(dǎo)致金屬氧化物空穴有效質(zhì)量大、空穴遷移率低和空穴摻雜性差。因此，如何調(diào)整金屬氧化物的價帶來削弱其局域化效應(yīng)是獲得高性能p型TCO的關(guān)鍵因素。 

　　為此，研究人員從材料電子結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，提出了在關(guān)聯(lián)氧化物中利用由電子間庫侖相互作用所導(dǎo)致的電子關(guān)聯(lián)來探索高性能p型TCO的思路：一方面，電子關(guān)聯(lián)將導(dǎo)致其價帶由過渡金屬離子的d軌道組成或者與O 2p軌道雜化組成，保證了材料的p型導(dǎo)電性；另一方面，由電子關(guān)聯(lián)導(dǎo)致的載流子有效質(zhì)量的增大將有利于在可見光區(qū)打開透明窗口。因此，電子關(guān)聯(lián)可以作為探索高性能p型TCO材料的關(guān)鍵參數(shù)。基于上述想法，研究人員發(fā)現(xiàn)在電子關(guān)聯(lián)強度較小的V₂O₃薄膜中可實現(xiàn)p型導(dǎo)電性和光學(xué)透明性的良好平衡。不同厚度的V₂O₃薄膜在保持良好導(dǎo)電性(400-2122Scm^-1)的同時具有較高的可見光區(qū)透過率(40%-78%)，其透明窗口為0.97-3.6eV。上述結(jié)果表明：關(guān)聯(lián)氧化物中電子關(guān)聯(lián)強度的調(diào)節(jié)是探索高性能p型TCO材料的有效途徑。 

　　該工作得到國家自然科學(xué)基金和科技部重點研發(fā)項目的支持。 

　　文章鏈接：https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.12.044035 

典型p型TCO薄膜的透明導(dǎo)電性能對比。