Tuning Optical Properties of Transparent Conducting Barium Stannate by Dimensional Reduction
我们报道了掺杂$n$型钙钛矿BaSnO 3和层状钙钛矿的电子结构和光学性质的计算。虽然掺杂的BaSnO $_3$对于低于导带起始的价带的能量保持其透明性，但是掺杂的层状化合物由于从最低导带的跃迁而表现出低于带边的光学电导率。这给出了Ba2SnO4在可见光中的吸收。因此，重要的是在透明导电氧化物（TCO）膜中使该相最小化。Ba_3Sn_2O_7和Ba_4Sn_3O_（10）分别在红光和红外光区有较强的跃迁。因此，可能存在将这些用作波长滤波TCO的机会。
2015-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Are Small Polarons Always Detrimental to Transparent Conducting Oxides ?
透明导电氧化物（TCO）对于包括太阳能电池和透明电子器件在内的许多技术都是必不可少的。对高性能n型或p型TCO的研究主要集中在通过带载流子而不是小极化子提供传输的材料上。在这项工作中，我们打破了这种范式，并证明使用众所周知的物理模型，在某些情况下，TCO表现出运输的小极化子提供了更好的组合的透明度和导电性比材料进行带传输。我们将这一令人惊讶的发现与带和极化子载流子的光学吸收的根本不同的物理学联系起来。我们的工作合理化最近出现的小极化Cr基p型TCO的良好性能，如Sr掺杂的LaCrO $_3$和概述的设计原则的基础上通过小极化子传输的高性能TCO的发展。这为发现高性能TCO尤其是p型TCO开辟了新的途径。
2018-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen Potential Transition in Mixed Conducting Oxide Electrolyte
通常假定薄氧化物电解质中的氧电势在电极之间遵循线性分布。然而，Jacobsen和Mogensen已经表明，对于固体氧化物电化学电池中的薄氧化锆膜，情况并非如此。在这里，我们表明，有一个无处不在的氧电位过渡植根于混合导电氧化物内部的电子导电性的p型/n型转变，并且过渡是非常敏感的电极电位和电流密度。它还对电子和空穴的电导率比以及它们与晶格氧和空位的关联非常敏感，这往往会增加氧流量。直接证据的急剧的氧势转变已被发现在一个同样尖锐的晶粒尺寸转变在电加载氧化锆。更广泛地说，氧势转变类似于一阶相变。因此，它将遭受界面不稳定性，特别是在高电流密度器件中。这些研究结果提供了新的机会，以了解几个不同的观察文献中，从微观结构退化和应力分布在固体氧化物燃料/电解槽电池，场辅助烧结，导电丝电阻记忆，在电化学电池中的枝晶形成。
2018-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Averaging of the electron effective mass in multicomponent transparent conducting oxides
我们发现由具有$s^2$电子构型的阳离子的各种氧化物组成的层状材料，$XY_2$ O $_4$，$X$ =In或Sc，$Y$ =Ga，Zn，Al，Cd和/或Mg，表现出各向同性的电子有效质量，其可以通过对相应的单阳离子氧化物组分的电子有效质量进行平均来获得。这种效应是由于由{ \it all}阳离子的s态和氧p态形成的导带的混合性质。此外，所观察到的不敏感性的电子有效质量的氧配位和扭曲的阳离子-氧链表明，类似的行为可以预期在技术上重要的非晶态。这些发现大大拓宽了作为高效透明导体主体的材料范围。
2007-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Multi-component Transparent Conducting Oxides: Progress in Materials Modelling
透明导电氧化物（TCO）是现代光电子器件的重要组成部分，具有导电性和光学透明性。我们回顾了最近的进展，在我们的理解形成的多组分TCO的固溶体的ZnO，In 2 O3，Ga 2 O3和Al 2 O3，特别强调的贡献，主要是基于密度泛函理论的材料建模。特别是，我们突出了三个主要结果，从我们的工作：（i）的基本原则，多组分氧化物结构，包括（In_2 O_3）（ZnO）_n，命名为IZO，（In_2 O_3）_m（Ga_2 O_3）_l（ZnO）_n，命名为IGZO的晶体结构;（ii）元素组成和光学和电学行为之间的关系，包括价带排列;（iii）非晶氧化物半导体的高性能。从这些进展，新型电瓷材料的合理设计的挑战进行了讨论。
2011-01-29 cond-mat.mtrl-sci
High-Mobility Bismuth-based Transparent P-Type Oxide from High-throughput Material Screening
透明氧化物是许多技术的基本组成部分，从透明电子元件、透明导体到光化学和光电化学器件中的吸收剂和保护层。然而，到目前为止，难以开发具有宽带隙和高空穴迁移率的p型氧化物;当前技术水平的透明p型氧化物具有< 10 cm $^2$ /Vs范围内的空穴迁移率，远低于它们的n型对应物。利用高通量计算筛选指导发现具有宽带隙和高空穴迁移率的新型氧化物，我们报告了满足这些要求的铋基双钙钛矿氧化物的计算识别和实验验证。我们确定的候选化合物$_2$ BiTaO $_6$具有大于4 eV的光学带隙和大于30 cm $^2$ /Vs的霍尔空穴迁移率。具有填充的s轨道的Bi $^{3+}$与氧p强烈重叠，增加了金属-氧共价的程度并有效地降低了价有效质量，而Ta $^{5+}$形成具有低电负性的导带，导致可见光范围之外的高带隙。我们协调一致的理论实验工作指出，数据驱动的材料发现的实用性越来越大，信息学和化学直觉的结合是发现未来技术材料的一种方式。
2014-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and light-induced conductivity in a transparent refractory oxide
结合第一性原理和实验研究揭示了一个急剧变化的导电性（由10个数量级）后，氢退火和紫外线照射的透明氧化物，12CaO. 7Al2O3，发现Hayashi等人。与光激发的电子从H的电荷传输，发生电子跳跃。我们确定了参与跳变的原子，确定了载流子迁移的确切路径，估计了跳变传输的温度行为，并预测了通过特定掺杂来提高电导率的方法。
2004-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Hopping versus bulk conductivity in transparent oxides: 12CaO.7Al2O3
对钙铝石基氧化物[Ca 12 Al 14 O 32]{2+}（2 e-）的第一性原理计算揭示了其高导电性的机理。这种材料的电子和光学性质的详细比较与最近发现的新的透明导电氧化物，H掺杂的UV激活的Ca 12 Al 14 O 33，使我们得出结论，在[Ca 12 Al 14 O 32]{2+}（2 e-）的增强的导电性是通过消除的库仑阻塞的载流子。这导致从掺杂H的UV辐照的Ca 12 Al 14 O33中的库仑能隙的变程跳跃行为转变为[Ca 12 Al 14 O32]{2+}（2 e-）中的体电导。此外，在[Ca_（12）Al_（14）O_（32）]{2+}（2 e-）中获得的导电电子的高度离域性表明，它不能被归类为最初建议的钙钛矿。
2004-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism in transparent Mn(II)-doped indium tin oxide films prepared by sol-gel process
我们观察到非常强的室温铁磁性（~1.5玻尔磁/锰）在光学透明的Mn（II）掺杂的氧化铟锡（ITO）薄膜。采用溶胶-凝胶法在钠钙石英玻璃衬底上制备了平均晶粒尺寸为10-22 nm、厚度为150-350 nm的纳米晶薄膜。当然，对于沉积在纯石英玻璃衬底上的膜，铁磁性质是弱的。薄膜的结构参数似乎是强烈的磁性能，这取决于基板的变化明显。透明导电ITO薄膜的室温铁磁性在磁光领域有着广泛的应用。
2008-08-22 cond-mat.mtrl-sci
III-V/Si Wafer Bonding Using Transparent, Conductive Oxide Interlayers
我们提出了一种使用透明导电氧化铟锌中间层将III-V族材料低温等离子体激活直接晶片键合到Si的方法。透明导电氧化物（TCO）层提供优异的光透射以及导电，表明其适用于包括Si基串联太阳能电池的Si/III-V混合器件。对于范围从100 $^{\circ}$ C到350 $^{\circ}$ C的接合温度，在样品堆叠中观察到欧姆行为，对于在200 $^{\circ}$ C下接合的样品，比接触电阻率低于1 $Ω$ cm $^2$。光学吸收测量显示最小的寄生光吸收，这是有限的，由欧姆接触形成TCO所需的III-V夹层。这些结果对于Ga $_{0.5}$ In $_{0.5}$ P/Si叠层太阳能电池在一个太阳或低浓度条件下工作是有希望的。
2015-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Oxide perovskite BaSnO3: A promising high-temperature thermoelectric material for transparent conducting oxides
本研究通过第一性原理计算发现透明导电氧化物BaSnO3具有优异的动态与热稳定性，在900 K时n型和p型ZT值分别达0.37和1.52，表明其在高温热电领域具有重要应用前景。
2023-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Easily doped p-type, low hole effective mass, transparent oxides
迄今为止，透明电子器件的前景的实现在很大程度上受到可以以稳定的方式掺杂p型的半导体的缺乏的阻碍，并且同时呈现高空穴迁移率并且在可见光谱中高度透明。在这里，基于第一原理方法的高通量研究揭示了四种氧化物，即X2 SeO 2，其中X = La、Pr、Nd和Gd，它们的独特之处在于它们表现出用于透明电子器件应用的优异特性-即，直接带隙大于3.1eV，平均空穴有效质量低于电子静止质量，以及良好的p型掺杂性。此外，对于La 2SeO 2，它明确表明，Na杂质取代La是浅受主在中等到强的富阴离子的生长条件下，具有低的形成能，并且它们不会被补偿的阴离子空位VO或VSe。
2016-02-29 cond-mat.mtrl-sci
High electrical conducting deep-ultraviolet-transparent oxide semiconductor La-doped SrSnO3 exceeding ~3000 S cm-1
La掺杂的SrSnO 3（LSSO）是一种带隙约为4.6eV的深紫外透明导电氧化物。由于LSSO可以异质外延生长在更宽的带隙衬底上，例如MgO（Eg ~ 7.8eV），因此LSSO被认为是作为DUV透明电极的良好候选者。然而，LSSO薄膜的电导率低于1000 S cm^-1，这很可能是由于La离子在LSSO晶格中的低溶解度。本文报道了用脉冲激光沉积法在MgO衬底上制备出带隙约为4.6 eV的高导电（>3000 S cm^-1）LSSO薄膜，并在真空中进行了简单的退火处理。通过X射线衍射和扫描透射电子显微镜分析，我们发现在退火过程中发生了横向晶粒生长，这提高了La离子的激活速率，导致载流子浓度（3.26 x 10^20 cm^-3）和霍尔迁移率（55.8 cm ^2 V^-1 s^-1）显著提高。本发明的DUV透明氧化物半导体将可用作用于开发透射和/或发射DUV光的光电子器件的透明电极。
2019-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Conducting interfaces between amorphous oxide layers and SrTiO3(110) and SrTiO3(111)
（110）和（111）SrTiO 3（STO）单晶衬底与非晶氧化物层LaAlO 3（a-LAO）、Y：ZrO 2（a-YSZ）和SrTiO 3（a-STO）之间的界面在临界厚度tc以上变得导电。结果表明，a-LAO的tc与衬底取向无关，即tc（a-LAO/（110）STO）~ tc（a-LAO/（111）STO）界面，而与非晶氧化物的组成密切相关：tc（a-LAO/（110）STO）< tc（a-YSZ/（110）STO）< tc（a-STO/（110）STO）。结果表明，非晶型界面氧空位的形成主要取决于沉积金属离子的氧亲和力，而不是取向依赖的空位生成和扩散焓。LAO/STO（110）非晶界面和晶态界面的扫描透射显微镜表征显示前者中的氧空位量高得多，为这些界面中不同的导电机制提供了实验证据。
2015-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Metal to insulator transition in Conducting Polyaniline/Graphene Oxide composites
对聚苯胺/氧化石墨烯复合材料的制备和热退火样品分别进行了从15 K到室温的宽带介电谱（BDS）测量。退火复合材料的电导率值显示非常适度的上升，表明GO组分对实现聚合物的电稳定性的重要贡献。作为温度的函数的直流电导率的图案也揭示了在75 K左右的金属到绝缘体的转变。转变由两个关键因素决定：温度和退火工艺。随后也检测到金属状和绝缘特征，并相应地描述以提供对所涉及的电荷转移机制的定性检查
2019-04-12 cond-mat.mtrl-sci
The inequivalent substitution on Ca site of cubic CaTiO3 perovskite for transparent conductive oxides from USPEX and DFT
通用结构预测器USPEX基于遗传进化算法，辅助探索不同浓度下Na+取代Ca 2+的最稳定结构，适用于p型透明导电氧化物应用。研究发现，NaCa的2个原子保持八面体堆积和立方相，没有氧空位的存在，但费米能级的电子损失导致进入价带，实现p型TCO的特征。而另一些则由于氧空位的补偿而保持绝缘体特性。用Al ~（3+）取代Ca ~（2+），使费米能级进入n型TCO的导带，具有四方相的对称性。计算了p型Ca_（0.75）Na_（0.25）TiO_3和n型Ca_（0.75）Al_（0.25）TiO_3的输运性质，发现p型Ca_（0.75）Na_（0.25）TiO_3由于其边缘的弯曲，迁移率更高。
2019-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Effects of polarization on the band-structure of delafossite transparent conductive oxides
我们使用混合泛函和限制性自洽GW，准粒子能带结构的最先进的理论方法，研究铜铁矿Cu（Al，In）O $_2$，第一个p型和双极性透明导电氧化物的电子态。我们表明，自洽GW提供了显着更宽的带隙比所有其他方法使用到目前为止。考虑到GW方案中的极化子效应，我们得到了与实验非常一致的结果。此外，相对于Kohn-Sham频带的修改是强烈依赖于k的，这使得使用一个卷积算子的常见做法值得怀疑。最后，我们的研究结果支持这样的观点，即在光学实验中发现的低能量结构，最初归因于一个间接的过渡，是由于样品中的本征缺陷。
2010-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Enhancing Light Harvesting by Hierarchical Functionally Graded Transparent Conducting Al-doped ZnO Nano- and Mesoarchitectures
提出了一种功能梯度掺铝氧化锌结构，它结合了导电性，可见光透明性和光散射与机械柔性。纳米和介观结构，由一个层次，大表面积，中孔树状结构演变成一个紧凑的层，在室温下合成，是完全兼容的塑料基板。光捕获能力是通过显示作为有源层的低带隙聚合物的光吸收的高达100%的改善来证明的。
2013-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Limitations of In$_2$O$_3$ as a transparent conducting oxide
Sn掺杂的In $_2$ O $_3$或ITO是最广泛使用的透明导电氧化物。我们使用第一性原理计算来研究由于声子或带电缺陷介导的自由载流子吸收对其透明性的限制。我们发现，声子辅助的间接吸收的主要贡献是由于发射（而不是吸收）的声子，这解释了为什么该过程是相对不敏感的温度。这种间接吸收过程的波长依赖性可以用幂律来描述。由带电缺陷或杂质介导的间接吸收也是不可避免的，因为需要掺杂以获得导电性。在高载流子浓度下，通过自由载流子的筛选变得重要。我们发现当杂质浓度大于10 $^{20}$ cm $^{-3}$时，带电杂质辅助吸收大于声子辅助吸收。这两个过程的光子能量依赖性的差异可以通过能带结构效应来解释。
2019-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Effects of hole doping on the electronic and optical properties of transparent conducting copper iodide
碘化锌铜作为p型半导体在透明电子学和透明热电学中的应用引起了越来越多的关注。技术应用的关键一步是通过掺杂提高碘化铜（CuI）的导电性，而不会降低透明度。最近的一项高通量计算研究表明，碘位点上的硫族元素取代可以作为浅受体。根据计算预测，最近在实验室中实现了碘位点上的氧、硫和硒取代掺杂，然而，这表明在技术应用的道路上仍然存在一些实验挑战。我们在这里通过{ \it ab initio}计算研究了此类取代对CuI电子和光学性质的影响。我们的研究结果表明，硫和硒掺杂是最好的候选人，以获得一个可控的空穴浓度的增加，同时保持在可见光和高空穴迁移率的透明度。
2022-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Artificial ageing of thin films of the indium-free transparent conducting oxide SrVO3
SrVO 3（SVO）是一种有望取代传统ITO的新型透明导电氧化物（TCO）材料。在这项研究中，SVO薄膜，外延和多晶的结构，电气和光学性能，期间和之后的热处理在150-250 °C的范围内，并在周围环境下，以探讨这种材料的化学稳定性。使用这些相对较低的温度加速了薄膜的自然老化，并允许跟踪其相关性能的演变。对膜表面相当敏感的技术和对膜体积取样的技术的组合将强调在低退火温度下随时间演变的表面氧化的存在，而对于高于200 °C的处理，钙钛矿相在整个膜中被破坏。本研究旨在了解钒酸盐基TCO的热降解和长期稳定性问题，并确定技术上可行的解决方案，用于这一组新的TCO的应用。
2023-03-15 cond-mat.mtrl-sci
High mobility conducting channel at semi-insulating GaAs -- metal oxide interfaces
缺乏有效的GaAs钝化技术限制了III-V族半导体在现代电子学中的使用。这里报告的效果可能会导致这个长期存在的问题的解决方案。我们发现，一个导电的界面通道形成时，绝缘金属氧化物薄膜沉积在未经处理的半绝缘GaAs晶片上的反应RF溅射在氩/氧等离子体。导电沟道为n型，表面电荷密度为10^7 ~ 10^10 cm^-2，霍尔迁移率高达6000 cm ^2/Vsec，具体取决于沉积过程中的射频等离子体激发功率和氧含量。通过沉积任何测试的金属氧化物MgO、SiO2、Al 2 O3和HfO 2来形成导电通道。
2020-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of lattice distortions on the electron and thermal transport properties of transparent oxide semiconductor Ba1-xSrxSnO3 solid solution films
La掺杂的AsnO_3（A = Ba，Sr）由于其大的光学带隙和相对高的电子迁移率而具有作为先进透明氧化物半导体的巨大潜力。Ba_（1-x）Sr_xSnO_3固溶体的禁带宽度随x的增加从3.2eV（BaSnO_3）增加到4.6eV（SrSnO_3）。然而，带隙的增加伴随着电导率的降低。电性能变化的多功能性并不是微不足道的，并且性能优化一直具有挑战性。在这里，我们提出了一个简单的度量用于量化ASnO 3的传输特性。研究了Ba_（1-x）Sr_xSnO_3固溶体薄膜的电子输运和热输运性质及其与晶格畸变的关系。结果表明，Ba_（1-x）Sr_xSnO_3的所有输运性质都受晶格畸变的影响。这种现象是由于在SnO 6八面体，其中包括导带的扭曲。
2020-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Thermopower modulation clarification of the intrinsic effective mass in a transparent oxide semiconductor, BaSnO3
虽然有很多关于透明氧化物半导体BaSnO 3的载流子有效质量（m*）的报道，但几乎不可能知道本征m* 值，因为报道的m* 值分散在0.06至3.7 m-1之间。在这里，我们成功地澄清了本征m* 的BaSnO 3，m*=0.40 - 0.01 m0，由热电调制澄清方法。在此阈值下，La掺杂BaSnO 3和BaSnO 3 TFT结构的热电势值均为240微伏k-1，体载流子浓度为1.4E19 cm-3，二维面载流子浓度为1.8E12 cm-2。当电场位于抛物线形导带底上方时，观察到相当高的迁移率。相反，当EF低于阈值时，观察到非常低的载流子迁移率，这很可能是由于尾态抑制了载流子迁移率。研究结果对BaSnO_3基氧化物电子学的进一步发展具有重要意义。
2017-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Understanding Carbon Contamination in Proton Conducting Oxides
碳污染是铈酸盐和锆酸盐家族中质子传导氧化物的重要问题，特别是BaCeO $_3$。在这里，我们使用第一性原理计算来评估SrCeO $_3$、BaCeO $_3$、SrZrO $_3$和BaZrO $_3$中的碳稳定性。蜡酸盐需要更多的贫碳环境来防止碳酸盐的形成，尽管这一要求可以通过使用更多的贫氧生长条件来放松。然而，碳酸盐的形成并不是唯一的问题。我们发现，填隙碳具有较低的形成能量的cerates相对于锆酸盐，导致较高的碳浓度，与所需的氧空位形成竞争。我们还研究了碳化合物的迁移率，发现在蜡酸盐中，迁移势垒和与受体的结合能都较低。因此，当在操作温度下暴露于碳时，蜡酸酯可能降解。我们的研究结果明确地表明，为什么蜡酸盐是不稳定的锆酸盐相对于碳和阐明的机制，有助于他们的不稳定性，从而有助于解释为什么与锆合金化将提高其操作效率。
2021-05-10 cond-mat.mtrl-sci
High Mobility in a Stable Transparent Perovskite Oxide
我们发现具有钙钛矿结构的La掺杂BaSnO 3在室温下具有前所未有的高迁移率，同时保持其光学透明性。在单晶中，掺杂浓度为8 × 10^19 cm^-3时，迁移率达到320 cm ^2（Vs）^-1，是宽带隙半导体中的最高值。在外延薄膜中，掺杂水平为4.4 × 10^20 cm^-3时，最大迁移率为70 cm ^2（Vs）^-1。我们还表明，（Ba，La）SnO 3的电阻变化不大，即使在热循环到530 ℃。C在空气中，指出一个不寻常的稳定性的氧原子和实现透明的高频，高功率功能器件的巨大潜力。
2012-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Discovery of oxide Li-conducting electrolytes in uncharted chemical space via topology-constrained crystal structure prediction
针对氧化物固态电解质结构复杂、传统预测方法难度大的问题，本研究提出TOPIC拓扑约束结构预测算法，结合预训练机器学习势筛选出92种新型候选材料，其中Li₄Hf₂Si₃O₁₂性能优异，为高性能氧化物电解质发掘提供新路径。
2025-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Exploration of oxide-based diluted magnetic semiconductors toward transparent spintronics
综述了近年来由透明铁磁体的组合发现所引发的氧化物基稀磁半导体（DMS）领域的研究进展。与传统的化合物半导体相比，氧化物半导体作为DMS的主体的可能的优点进行了描述。鉴于在这一领域的最新报道，确定新的铁磁DMS的限制和问题。为了消除氧化物基DMS（UFO）的未识别铁磁性，提出了几种表征技术。展望和可能的设备也给出了。
2003-05-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Nanoscale Plasmonic and Optical Modulators Based on Transparent Conducting Oxides
最近的实验表明，在金属氧化物半导体（MOS）结构中，可以通过积累电荷来实现透明导电氧化物（TCO）中的单位阶折射率变化。然而，TCO的厚度（~ 5 nm）积累层和固有吸收阻碍了这种效应的实际应用。在此，我们提出并探索了一种新的波导，即“TCO槽波导”，它结合了TCO的可调谐特性和槽波导的场增强。特别地，当槽的介电常数被调谐为接近零时，光吸收可以急剧增强。基于TCO缝隙波导，可以在200 nm内实现有效的电吸收调制，插入损耗小。
2012-05-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Conducting interface in oxide homojunction: understanding of superior properties in black TiO2
与原始TiO 2相比，具有晶体核和无定形壳结构的黑色TiO 2纳米颗粒表现出优异的光电性能。然而，这些增强的基本机制仍然不清楚，主要是由于粉末材料固有的复杂性和局限性。在这里，我们制造了由高度结晶层顶部的缺氧非晶层组成的TiO 2同质结薄膜，以模拟黑色TiO 2纳米颗粒的结构/功能配置。金属导电是通过电子界面重构在晶体-非晶同质界面实现的，这是黑色TiO 2具有优异性能的主要原因。这项工作不仅实现了前所未有的黑色二氧化钛的理解，但也提供了一个新的视角，研究载流子的产生和传输行为在氧化物界面，这是巨大的基础和技术利益。
2016-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Influence of the "second gap" on the transparency-conductivity compromise in transparent conducting oxides: an ab initio study
透明导电氧化物（TCO）是许多技术的关键。这些材料是掺杂的（\emph{n} -或\emph{p} -型）氧化物，具有足够大的带隙（理想地为$>$ 3 eV）以确保透明性。然而，TCO中存在的高载流子浓度另外导致对于\emph{n}型材料从占据的导带到较高状态以及对于\emph{p}型TCO从较低状态到未占据的价带的光学跃迁的可能性。由这些过渡形成的“第二间隙”可能限制透明度，并且有时已经提出大的第二间隙作为高性能TCO的设计标准。在这里，我们研究的光吸收使用\emph{ab initio}计算几个著名的\emph{n}和\emph{p}型TCO的第二个间隙的影响。我们的工作表明，大多数已知的\emph{n}型TCO不遭受第二间隙吸收在可见光，即使在非常高的载流子浓度。相反，\emph{p}型氧化物由于第二带隙效应而显示出对于高载流子浓度的光透射降低。我们将这种差异与\emph{n} -与典型\emph{p} -型TCO中涉及的不同化学物质联系起来。定量，我们表明，第二间隙效应导致只有适度的损失传输（即使在p型TCO），并建议，一个宽的第二间隙，而有益的，不应被视为一个工作的TCO所需的标准。
2016-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Non-conventional porous 12CaO7Al2O3 Transparent Oxide Semiconductor: A Journey from foams to cubes
本研究以C12 A7粒子为研究对象，探索了一种制备立方相C12 A7粒子的简便方法，并将其应用于薄膜太阳能电池的透明导电氧化层。采用自燃烧法，加入适量尿素，在950 °C和510 °C分别得到立方和泡沫结构的C12 A7。通过P-XRD证实了纯C12 A7的形成，并通过SEM和FT-IR分析了解了立方体的生长机理。此外，借助于UV-Vis分析，在510 °C的情况下测量带隙为3.07eV，在950 °C合成的颗粒的情况下测量带隙为3.32eV。在PL期间，注意到在399 nm处的单个尖锐峰，这表明在950 °C下较少缺陷的C12 A7，通过XRD证实具有更高的结晶度和更小的应变。在950 °C下合成的C12 A7样品中没有观察到陷阱态或辐射复合。对于510 °C和950 °C合成的样品，发现来自电导滴定法的电导率在26.3 °C下为9.223 mS，在26.4 °C下为747.33 mS。
2017-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Short-Range Structure and Phonon Assignment of the Brownmillerite-Type Oxide Ba$_{2}$In$_{2}$O$_{5}$ and its Hydrated Proton-Conducting Form BaInO$_{3}$H
利用拉曼、红外和非弹性中子散射光谱以及密度泛函理论计算研究了钙钛矿型氧化物Ba $_{2}$ In $_{2}$ O $_{5}$及其水合形式BaInO $_{3}$ H的振动光谱和短程结构。对于Ba $_{2}$ In $_{2}$ O $_{5}$，其可以被描述为具有InO $_{6}$八面体和InO $_{4}$四面体的交替层的缺氧钙钛矿结构，结果证实了$Icmm$对称性的短程结构，其特征在于InO $_{4}$四面体的连续层的随机取向。对于水合质子传导形式BaInO $_{3}$ H，结果表明短程结构比先前基于中子衍射提出的$P4/mbm$对称性更复杂，而是表明质子构型接近Martinez等人预测的最低能量结构[J.- R.马丁内斯角E. Moen，S. Stoelen，N. L. Allan，J. of Solid State Chem.180，3388，（2007）]。一个强烈的拉曼活性振动在150厘米$^{-1}$被确定为一个独特的指纹，这种质子配置。
2015-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Characterisation of p-type ZnS:Cu transparent conducting films fabricated by high-temperature pulsed laser deposition
采用脉冲激光烧蚀法，在惰性气体中，在静止和旋转的衬底上制备了掺铜硫化锌（ZnS：Cu）薄膜，并对其光电性能进行了研究。Cu $_x$ Zn $_{1-x}$ S膜表现出与其它主要p型透明导电材料相当的导电性和透明度，对于x = 0.33的铜含量合金化的膜，峰值导电率为49.0 Scm $^{-1}$，空穴迁移率为1.22 cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$。最导电的膜显示在可见光范围内的透明度为71.8 $\%$，在100 nm的厚度，和带隙被发现在3.22-3.52 eV的范围内，这表明与铜含量的强负相关。富硫快速热退火对合成的化合物的影响的报告，可靠地显示增加的导电性和载流子迁移率的膜。使用一个固定的基板生长的薄膜具有大的空间厚度分布和显示子带隙吸收，这是讨论相对于不均匀的铜替代。发现在450 $^\circ$ C下沉积的膜在退火之前和之后处于锌钛矿相，没有发生向纤锌矿结构的相变。
2017-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Computationally-driven, high throughput identification of CaTe and Li$_\textrm{3}$Sb as promising candidates for high mobility $p$-type transparent conducting materials
高性能的$p$型透明导电材料（TCM）必须表现出包括高迁移率、透明性和$p$型可掺杂性的特性的罕见组合。高迁移率/导电性$p$型TCM的开发对于许多应用如太阳能电池或透明电子器件是必要的。氧化物一直被认为是挖掘新型$p$型中药最有希望的化学空间。然而，就迁移率而言，非氧化物可能比传统的$p$型TCM（氧化物）表现得更好。我们报告了从超过30，000种化合物的大数据集中高通量（HT）计算搜索非氧化物$p$型TCM，所述化合物将CaTe和Li $_\textrm{3}$ Sb鉴定为高迁移率$p$型TCM的非常好的候选物。根据我们的计算，预期两种化合物都是$p$型可掺杂的：Li $_\textrm{3}$ Sb本质上是可掺杂的，而CaTe需要非本征掺杂.使用电子-声子计算，我们估计空穴迁移率在室温下约为20和70厘米$^2$ /Vs的碲化钙和锂$_\textrm{3}$锑，分别。计算的Li $_\textrm{3}$ Sb的空穴迁移率是非常例外的，并且与最好的$n$型TCM中的电子迁移率相当。
2018-11-13 cond-mat.mtrl-sci
In Situ Imaging of the Conducting Filament in a Silicon Oxide Resistive Switch
许多阻变系统中导电细丝的性质一直是难以捉摸的。通过原位透射电子显微镜，我们图像的实时形成和演变的灯丝在硅氧化物电阻开关。电铸过程中发现，涉及局部富集的硅从氧化硅基质。观察到半金属硅纳米晶体与传统的金刚石立方体形式的硅的结构变化，这可能占在灯丝的传导。响应于不同的电刺激的硅纳米晶体的生长和收缩显示在硅形式的能量上可行的过渡过程，提供证据的开关机制。这项研究还提供了对氧化硅层电击穿过程的见解，氧化硅层在许多电子设备中无处不在。
2011-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Films and Devices of Transparent Conducting Oxides: La:BaSnO$_3$
本文综述La掺杂锡酸钡（La:BaSnO₃）外延薄膜的材料科学与器件物理进展，讨论低缺陷合成、输运特性与能带结构关联、光学特性及场效应晶体管与二维电子气应用潜力。
2024-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Transparent perovskite barium stannate with high electron mobility and thermal stability
透明导电氧化物（TCO）和透明氧化物半导体（TOS）已成为信息和能源技术中从透明电极到有源电子元件的各种应用的必要材料。过氧化锡酸钡（BaSnO 3）是一种新型TCO或TOS体系，由于其高电子迁移率、优异的热稳定性、高透明性、结构多样性和室温下灵活的掺杂可控性，是实现光电子器件和观察新型电子量子态的潜在平台。本文综述了掺杂BaSnO_3体系的最新研究进展，讨论了其广泛的物理性质、电子散射机制以及pn二极管和场效应晶体管等关键半导体器件的演示。此外，我们讨论的途径，以实现二维电子气之间的界面BaSnO3和其他钙钛矿氧化物和描述剩余的挑战，观察新的量子现象在异质界面。
2017-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast plasmonics using transparent conductive oxide hybrids in the epsilon near-zero regime
透明导电氧化物在体等离子体频率附近的介电响应的特征在于折射率小于真空。在类比与X射线光学，它表明，这种制度的结果在全外反射和空气引导的光。另外，ITO中的波矢量的强烈减小低于自由空间的波矢量使得能够实现新的表面等离子体激元模式，其可以在不需要棱镜或光栅耦合器的情况下被激发。实现了表面等离子体激元模式的超快控制，调制幅度达到20%。
2013-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bismuth-doped Ga2O3 as candidate for p-type transparent conducting material
氧化镓（Ga 2 O3）是一种宽带隙半导体，有望用于紫外传感器和高功率晶体管应用，Baliga的品质因数远远超过GAN和SiC，仅次于金刚石。通过合金化设计其能带结构将拓宽其应用范围。利用混合密度泛函计算，我们研究了添加Bi到Ga 2 O3的影响。而在III-V族半导体中，如GaAs和InAs，Bi倾向于取代在磷属元素位上，我们发现，在Ga 2 O3中，Bi更倾向于取代在Ga位上，导致稀（Ga_{1-x} Bi_{x}）2 O3合金具有独特的电子结构特性。添加几个百分比的Bi通过引入能量显著高于主体材料的价带的中间价带来减小Ga 2 O 3的带隙。该中间价带主要由Bi 6s和O 2 p轨道组成，并且其能量足够高以提供p型掺杂的机会。
2019-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Morphology-driven electrical and optical properties in graded hierarchical transparent conducting Al:ZnO
采用脉冲激光沉积法制备了不同形貌的Al掺杂ZnO薄膜，研究了Al掺杂ZnO薄膜与功能性能的关系。通过测量所得的表面粗糙度和其对电导率的影响（特别是载流子迁移率，随着粗糙度的增加而显著降低）来监测形态，从而讨论导电机制的局限性。光散射能力的显着变化，由于形态的变化也进行了调查和讨论，研究形态和功能特性之间的相关性。
2014-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large thickness dependence of the carrier mobility in a transparent oxide semiconductor, La-doped BaSnO3
在（001）SrTiO_3和（001）MgO衬底上制备的2%La掺杂BaSnO_3（LBSO）薄膜的载流子迁移率与薄膜厚度密切相关，而与晶格失配无关（SrTiO_3为+5.4%，MgO为-2.3%）。虽然我们观察到晶格参数有很大的差异，（SrTiO 3约85 nm，MgO约20 nm）、表面形貌和失配位错密度，迁移率几乎同时随厚度增加，并在约100 cm 2 V-1 s-1处饱和，同时接近标称载流子浓度（=[2%La3 +]），清楚地表明迁移率的行为取决于膜厚度。这些结果有助于理解LBSO薄膜的迁移率行为，并对进一步提高LBSO薄膜的迁移率具有重要意义。
2018-05-03 cond-mat.mtrl-sci
A high-performance cobalt-free cathode for proton-conducting solid oxide fuel cells via multi-element doping in Sr2Fe2O6
University of South China（南华大学）；S.U. Umarov Physical-Technical Institute of NAST（纳兹尔科学院 S.U. 乌马罗夫物理技术研究所）；Yancheng Institute of Technology（盐城工学院）
本研究通过多元素掺杂制备了高性能无钴阴极材料SFO-ZSSM，显著提升了质子导电SOFCs的性能和稳定性。
2026-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Solid phase epitaxial growth of the correlated-electron transparent conducting oxide SrVO3
采用固相外延法（SPE）从非晶层中晶化出具有高品质因数的SrVO 3薄膜，该薄膜可用作透明导体。使用SPE在SrTiO 3上结晶的外延SrVO 3膜对于60 nm厚的膜表现出2.5 × 10-5欧姆cm的室温电阻率、3.8的剩余电阻率比和0.5以上的可见光透射率。SrVO 3层在室温下使用射频溅射以非晶形式沉积，随后通过在受控气体环境中加热结晶。晶格参数和镶嵌角宽度的X射线反射从结晶的薄膜是一致的部分弛豫的应变导致的外延之间的不匹配SrVO 3和SrTiO 3。SPE的动力学的反射高能电子衍射研究表明，结晶发生通过热激活的结晶/非晶界面的传播，类似于SPE现象在其他钙钛矿氧化物。热力学计算的基础上密度泛函理论预测的温度和氧分压的条件下产生的SrVO 3相，并与实验相一致。在SPE中单独控制沉积和结晶条件为复杂几何形状和大面积透明导体的结晶提供了新的可能性。
2021-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Deep-ultraviolet transparent conducting SrSnO3 via heterostructure design
本研究针对深紫外透明高导电半导体的需求，采用SrSnO3基异质结加静电栅压设计，实现了载流子浓度与迁移率的宽范围调控及300nm下85%的透光率，为深紫外超宽禁带半导体应用提供了新路径。
2024-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Transparent and conductive graphene oxide-polyethylenglycol diacrylate coatings obtained by photopolymerization
以水分散氧化石墨烯片为原料，通过光聚合法制备了石墨烯-聚乙二醇二丙烯酸酯树脂复合材料。发现石墨烯片在树脂系统内经历优异的形态分布，产生相对于纯树脂具有未改变的热性质的透明复合材料，其在低至0.02%wt的氧化石墨烯的负载比下是导电的。基于光聚合的方法提供了一种简单、节能和环境友好的技术，可以在涂料技术中找到广泛的应用，主要用于电磁屏蔽和抗静电涂料。
2010-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Review of flexible and transparent thin-film transistors based on zinc oxide and related materials
柔性和透明的电子产品代表了电子技术的新时代。氧化锌（ZnO）及其相关材料是柔性和透明器件中最常用的无机半导体材料，由于其高的电学性能、低的加工温度和良好的光学透明性，在可穿戴电子、生物传感器、柔性透明显示器、射频识别（RFID）等领域有着广泛的应用。本文综述了ZnO基柔性透明薄膜晶体管（TFT）及其相关材料的最新研究进展，并对TFT各组成部分（衬底、电极、沟道和沟道）的制备方法进行了总结和讨论。然后，机械弯曲对电气性能的影响突出。最后，我们提出了未来研究的挑战和机遇。
2017-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Buffer layer-less fabrication of high-mobility transparent oxide semiconductor, La-doped BaSnO3
透明氧化物半导体（Transparent Oxide Semiconductor，TOSs）具有高的可见光透过率和高的电子迁移率，是实现先进光电子器件的重要材料。La掺杂的BaSnO_3（LBSO）单晶具有高的电子迁移率，是最有前途的光电导半导体材料之一。然而，在LBSO薄膜中，由于薄膜和衬底之间的晶格失配而产生的穿透位错，很难获得高的迁移率。因此，许多研究人员试图通过插入缓冲层来提高迁移率。虽然缓冲层增加了电子迁移率，但这种方法仍有很多需要改进的地方，因为它涉及两步膜制造工艺，并且增强的迁移率值仍显著低于单晶值。我们在这里表明，LBSO薄膜的电子迁移率可以得到改善，而不插入任何缓冲层，如果薄膜生长在高度氧化的臭氧（O3）气氛下。O3环境使LBSO晶格松弛，并减少了Sn 2+态的形成，这是已知的抑制LBSO中的电子迁移率。得到的O3-LBSO薄膜显示出改善的迁移率值高达115 cm 2 V-1 s-1，这是最高的LBSO薄膜SrTiO 3基板和可比的LBSO薄膜与缓冲层。
2018-08-23 cond-mat.mtrl-sci
Contact conductance governs metallicity in conducting metal oxide nanocrystal films
在体半导体材料中，绝缘体-金属转变（IMT）由传导电子的浓度决定。同时，即使当由金属构建块制造时，MEMS膜通常是绝缘的，其中MEMS间接触充当电子输运瓶颈。使用不同的电子浓度，尺寸和接触面积的透明导电掺锡氧化铟薄膜的图书馆，我们测试候选标准的IMT和建立一个相图的电子输运行为。从可变温度的电导率测量，我们了解到，IMT和随后的交叉到传统的金属行为在室温附近由导电性间接触。为了穿过IMT，互连耦合必须足以克服互连的充电能量，而传统的金属行为需要接触电导来达到互连的电导。这种理解可以使金属导电材料的设计和制造从金属结构单元。
2022-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly Conducting Graphene Sheets and Langmuir-Blodgett Films
石墨烯是一种有趣的材料，其性质与其他石墨系统不同。通过剥离和外延生长获得原始石墨烯的第一样品。最近，氧化石墨的化学还原被用于生产共价官能化的单层氧化石墨烯。然而，用于大规模生产高导电石墨烯片的化学方法仍然难以捉摸。在这里，我们报道了石墨的剥离-再嵌入-膨胀可以产生稳定悬浮在有机溶剂中的高质量单层石墨烯片。石墨烯片在室温和低温下表现出高电导率。在有机溶剂中通过Langmuir-Blodgett组装将大量石墨烯片以逐层方式制成大的透明导电膜。化学衍生的高质量石墨烯片可以导致未来可扩展的石墨烯器件。
2008-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Importance of strain reduction in improvement of optical transmission and conductance in Si4+ doped ZnO: a probable new moisture resistant Transparent Conductive Oxide
据报道，Si掺杂的ZnO是比纯ZnO更好的导体。据报道，载流子密度增加，因此电导率增加。然而，直到我们最近的报告[1]，对光传输的影响还不清楚。采用溶胶-凝胶法（柠檬酸-甘油法）和固相烧结法制备了Zn 1-xSixO（x= 0，0.013，0.020和0.027）。我们发现，由于Si掺杂，缺陷态有所减少。本文讨论了应变与空位减少量的关系。在现代电子和太阳能电池制造中，透明导电氧化物（TCO）是不吸收可见光而导电的重要组分。已知的TCO非常昂贵，并且由非丰富元素组成。寻找新的生态友好，廉价和可持续的TCO一直是最近的研究吸引力。请记住，大多数太阳能电池都暴露在自然条件下，湿度耐受性成为一个决定性因素。我们报告说，水分的敏感性急剧下降，而电导率和光学透明度增加掺杂。应变的减少和输运性质的改善导致Si掺杂的ZnO颗粒的导电性增加，诱使我们设想这种材料作为可能的替代TCO。
2016-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Structure and dehydration mechanism of the proton conducting oxide Ba$_{2}$In$_{2}$O$_{5}$(H$_{2}$O)$_{x}$
用变温拉曼光谱和非弹性中子散射研究了质子导电氧化物Ba $_{2}$ In $_{2}$ O $_{5}$（H $_{2}$ O）$_{x}$的结构和脱水机理。在室温下，发现在$_{2}$ O $_{5}$（H $_{2}$ O）$_{x}$中完全水合（$x=1$）并具有钙钛矿样结构，其随着温度的升高而逐渐脱水，并且在约600 $^{\circ}$ C下，材料基本上完全脱水（$x=0$）。脱水后的材料呈现出一种以InO $_{6}$八面体和InO $_{4}$四面体的交替层为特征的棕镁矾结构。从类钙钛矿结构到类棕钙钛矿结构的转变的特征在于在$ca.$ 370 °C下的水合到中间相转变。中间相的结构类似于完全脱水的材料的结构，但不同之处在于它表现出不存在于后者中的InO $_{6}$八面体的非中心对称畸变。对于低于水合到中间相转变的温度，脱水的特征在于释放限制在InO $_{4}$四面体层上的质子，而在转变之上也释放与InO $_{6}$层的氧结合的质子。最后，我们发现振动谱的O-H伸缩区与单相谱不一致，而与两种不同质子组态的谱的叠加相一致。两种质子构型的相对贡献取决于样品如何水合。
2015-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Investigating Unipolar Switching in Niobium Oxide Resistive Switches: Correlating Quantized Conductance and Mechanism
由于缺乏对底层开关机制的理解，基于电阻开关（RS）的存储器器件尚未完全实现。在基于过渡金属氧化物的RS器件中，负责开关和导电细丝生长的离子输运的性质仍在争论中。在这里，我们研究了基于氧化铌的RS器件的机制，该器件显示出具有高ON/OFF比、良好的耐久性周期和高保持时间的单极开关。我们控制了低电导绝缘和高电导金属状态之间的边界条件，其中导电细丝（CF）可以形成原子点接触并表现出量子化的电导行为。基于量子化台阶数据产生的统计数据，我们证明了CF是随着施加的电压扫描一个原子一个原子地生长的。我们还观察到稳定的量子化状态，这可以利用在多态开关。
2018-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Room temperature ferromagnetism in transparent and conducting Mn-doped $SnO_{2}$ thin films
在室温下，磁化强度随磁场的变化表现出滞后行为。根据磁化强度的温度依赖性，居里温度$(T_{C})$高于350 K。Mn掺杂的氧化锡薄膜在可见光区（400-800 nm）表现出低电阻率和高透光率。Mn掺杂的$SnO_{2}$薄膜中铁磁性、高可见光透明度和高电导率的共存有望成为自旋电子器件的理想特性。
2017-09-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
