全文总字数：5233字

1. 研究目的与意义及国内外研究现状

传统的贵金属材料具有优异的欧姆接触特性及良好的电导率，同时金属材料也由于具有较大的可见－近红外光学吸收而被限制在该波长范围的光学应用，因此它们在光电子器件的领域通常只能被当作电极或者反射镜使用。在电磁场的作用下，金属与介质表面会产生表面等离子体基元（surface plasmon:sp），是一种自由电子在电磁场作用下表现出来的集体震荡现象。金属因其较大的自由载流子浓度成为可见光甚至近红外区域作为sp器件的一个首选材料，其内部大量载流子使得金属材料的介电常数实部ε’在可见这一波段为负值，这一特性也是sp材料的基本属性之一。但是一个很重要的问题就是金属材料由于内部电子带内跃迁以及带间跃迁会在紫外区域－可见光波段表现出很大的光学损耗。由于这些光学损耗（吸收）是金属材料固有的属性，因此即使与一些增益介质共同工作依旧严重影响到器件的工作性能。另外，由于金属材料在可见光与近红外光区域具有过大的ε’（绝对值）严重限制了金属材料在变换光学领域中的应用。在可见光波段或者近红外波段，无法避免的限制那就是器件中金属成分所带来的吸收与损耗。因此一种能替代金属同时保持较小损耗的材料值得更多的探索以实现超材料在可见光波段以及近红外波段的实际应用。ito材料因其特殊的近红外区域类金属特性，其介电常数实部在近红外部分为负值同时又具有较小介电常数虚部得到较大的关注。

2. 研究的基本内容

ito薄膜的光学性质及载流子的浓度可以用经典drude自由电子理论进行定量研究。在drude理论中,ito膜的复介电常数为ε=ε₁ iε₂。n 型 tco 薄膜的光学性能是价带电子、导带内自由电子及光学声子等粒子共同作用的结果。对于重掺杂 ito 薄膜，其复介电常数可表示为ε=1 χ_ve χ_fc χ_ph。公式中χ_ve，χ_fc和χ_ph分别代表由价电子、自由电子和极性光学声子贡献的复磁化率。χ_ve部分来源于价带电子的带间跃迁，共振发生在高光子能量紫外区；χ_fc部分取决于自由电子，其共振发生在近红外区；χ_ph部分由极性光学声子引起，能量对应于远红外区。因此，ito 薄膜对电磁波表现出频率选择性。在不同波段具有不同光学特性。

半导体的导电性可归因于外电场作用下高浓度载流子的定向运动。ito 薄膜为掺杂型 n 型半导体氧化物材料，载流子为自由电子，主要来源于沉积过程中薄膜化学计量比的偏离或掺杂而形成的施主杂质。薄膜的沉积通常为非热力学平衡过程，ito 薄膜在制备过程中会形成氧缺位或填隙金属离子等组份缺陷，这些缺陷的引入可在导带附近形成浅施主能级或杂质能级，并提供自由电子。氧空位的形成浓度一般在 1019 cm³以上。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

通过对比ito薄膜与ag，au薄膜的spps效应发现drude模型能很好的描述ito材料内部的自由电子的光学响应，而且证实了ito薄膜在所测试波段（500-1000nm）具有比ag，au小的介电常数虚部，同时ito的参数可以随制备工艺作出相应调整。基于ito的这一特性，最主要的一个应用领域就是生物传感器领域，当ito附近的介质介电常数发生变化，那么其体现出来的反射率最低点的位置就会相应发生改变。

本文基于可见-近红外波段对ito透明导电玻璃的介电函数进行研究，在合理选择实验器件的基础上，基于不同工艺条件下制备ito薄膜的微结构，电学，光学特性，讨论其介电函数性质。

4. 参考文献

［1］ http: / /nanomarkets. net/market _ reports/report/transparent _ conductor_ markets_ 2012［2］ s. taylor， s. mc lennan. the geochemical evolution of the continental crust［j］. Ｒeviews of geophysics，1995，33( 2) : 241 －265［3］ jonathan k. wassei，Ｒichard b. kaner et al . graphene，a promising transparent conductor［j］. materials today，2010，13 ( 3) : 52－59［4］ cui， ji wang， anchuan， edleman et al. indium tin oxide alternatives—high work function transparent conducting oxides as anodes for organic light ‐ emitting diodes［j］. advanced materials，2001，13( 19) : 1476－1480［5］eda，goki fanchini，giovanni chhowalla，manish et al. large-area ultrathin films of reduced graphene oxide as a transparent and flexible electronic material［j］. nature nanotechnology，2008，3 ( 5) : 270－274[6]周嘉林, 李兆辉, 藤川昇, 等. 一种低温结晶 ito 透明导电薄膜及其制备方法:cn102651251a[p].2012-08-29

[7]邱阳, 陈玉峰, 祖成奎, 等. ito 薄膜的研究进展[j]. 现代技术陶瓷, 2016, 37（5）: 303-324.（qiu y, chen y f, zu c k, et al. research progress of ito thin films[j]. advanced ceramics, 2016, 37（5）:303-324.）

[8]韦友秀, 陈牧, 刘伟明, 等. 电致变色技术研究进展和应用[j]. 航空材料学报, 2016, 36（3）: 108-123.