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2017 | OriginalPaper | Buchkapitel

58. Transparent Conductive Oxides

verfasst von : Hideo Hosono, Kazushige Ueda

Erschienen in: Springer Handbook of Electronic and Photonic Materials

Verlag: Springer International Publishing

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Abstract

Transparent conducting oxides (TCOs) such as doped ZnO, In2O3 and SnO2 play important roles as transparent electrodes in commercial applications such as display and lighting devices. Although transparency and electrical conductivity are inherently conflicting, TCOs possess both properties simultaneously. To understand the fundamentals of TCOs, the essetials of the transparency and electrical conductivity are reviewed simply. Comprehension of the essentials enables us to develop novel TCOs following the principles of the materials design that carrier conduction paths should be constructed in wide-gap oxides. Because the electronic structure of oxides is considerably different between the conduction band and the valence band, procedures to form the conduction paths for electrons are in contrast to those for holes. In n-type TCOs, only isotropically spread ns0 orbitals of heavy cations such as Zn2+, In3+ and Sn4+ are necessary to form conduction paths for electrons at the bottom of the conduction band. In p-type TCOs, however, hybridization of orbitals between oxygen 2p6 orbitals and other orbitals such as Cu 3d10, Sn 5s2 and S 3p6 orbitals is essential to shape conduction paths for holes at the top of the valence band.

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Literatur
58.1
Zurück zum Zitat D.S. Ginley, H. Hosono, D.C. Paine: Handbook of Transparent Conductors (Springer, Berlin 2011) D.S. Ginley, H. Hosono, D.C. Paine: Handbook of Transparent Conductors (Springer, Berlin 2011)
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Zurück zum Zitat K. Ellmer: Nat. Photonics 6, 809 (2012) K. Ellmer: Nat. Photonics 6, 809 (2012)
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Zurück zum Zitat P.D.C. King, T.D. Veal: J. Phys.: Condens. Matter 23, 334214 (2011) P.D.C. King, T.D. Veal: J. Phys.: Condens. Matter 23, 334214 (2011)
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Zurück zum Zitat T. Minami, H. Sato, H. Nanto, S. Takata: Jpn. J. Appl. Phys. 24, L781 (1985) T. Minami, H. Sato, H. Nanto, S. Takata: Jpn. J. Appl. Phys. 24, L781 (1985)
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Zurück zum Zitat H. Ohta, M. Orita, M. Hirano, H. Tanji, H. Kawazoe, H. Hosono: Appl. Phys. Lett. 76, 2740 (2000) H. Ohta, M. Orita, M. Hirano, H. Tanji, H. Kawazoe, H. Hosono: Appl. Phys. Lett. 76, 2740 (2000)
58.12
Zurück zum Zitat T. Ishida, O. Tabata, J. Park, S.H. Shin, H. Magara, S. Tamura, S. Mochizuki, T. Mihara: Thin Solid Films 281/282, 228 (1996) T. Ishida, O. Tabata, J. Park, S.H. Shin, H. Magara, S. Tamura, S. Mochizuki, T. Mihara: Thin Solid Films 281/282, 228 (1996)
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Zurück zum Zitat X. Feng, J. Ma, F. Yang, F. Ji, F. Zong, C. Luan, H. Ma: Mater. Lett. 62, 1779 (2008) X. Feng, J. Ma, F. Yang, F. Ji, F. Zong, C. Luan, H. Ma: Mater. Lett. 62, 1779 (2008)
58.14
Zurück zum Zitat K. Budzynska, E. Leja, S. Skrzypek: Sol. Energy Mater. 12, 57 (1985) K. Budzynska, E. Leja, S. Skrzypek: Sol. Energy Mater. 12, 57 (1985)
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Zurück zum Zitat N. Ito, Y. Sato, P.K. Song, A. Kaijio, K. Inoue, Y. Shigesato: Thin Solid Films 496, 99 (2006) N. Ito, Y. Sato, P.K. Song, A. Kaijio, K. Inoue, Y. Shigesato: Thin Solid Films 496, 99 (2006)
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Zurück zum Zitat M. Orita, H. Ohta, M. Hirano, S. Narushima, H. Hosono: Philos. Mag. B 81, 501 (2001) M. Orita, H. Ohta, M. Hirano, S. Narushima, H. Hosono: Philos. Mag. B 81, 501 (2001)
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Zurück zum Zitat C. Kittel: Introduction to Solid State Physics, 8th edn. (Wiley, New York 2005) C. Kittel: Introduction to Solid State Physics, 8th edn. (Wiley, New York 2005)
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Zurück zum Zitat S.M. Sze: Physics of Semiconductor Devices, 2nd edn. (Wiley, New York 1981) S.M. Sze: Physics of Semiconductor Devices, 2nd edn. (Wiley, New York 1981)
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Zurück zum Zitat H.K. Müller: Phys. Status Solidi (b) 27, 723 (1968) H.K. Müller: Phys. Status Solidi (b) 27, 723 (1968)
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Zurück zum Zitat P.A. Cox: The Electronic Structure and Chemistry of Solids (Oxford Univ. Press, Oxford 1987) P.A. Cox: The Electronic Structure and Chemistry of Solids (Oxford Univ. Press, Oxford 1987)
58.24
Zurück zum Zitat H. Kawazoe, N. Ueda, H. Un’no, T. Omata, H. Hosono, H. Tanoue: J. Appl. Phys. 76, 7935 (1994) H. Kawazoe, N. Ueda, H. Un’no, T. Omata, H. Hosono, H. Tanoue: J. Appl. Phys. 76, 7935 (1994)
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Zurück zum Zitat N. Ueda, H. Hosono, R. Waseda, H. Kawazoe: Appl. Phys. Lett. 71, 933 (1997) N. Ueda, H. Hosono, R. Waseda, H. Kawazoe: Appl. Phys. Lett. 71, 933 (1997)
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Zurück zum Zitat H. Kawazoe, K. Ueda: J. Am. Ceram. Soc. 82, 3330 (1999) H. Kawazoe, K. Ueda: J. Am. Ceram. Soc. 82, 3330 (1999)
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Zurück zum Zitat L. Pauling: The Nature of the Chemical Bond, 3rd edn. (Cornell Univ. Press, New York 1960) L. Pauling: The Nature of the Chemical Bond, 3rd edn. (Cornell Univ. Press, New York 1960)
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Zurück zum Zitat R.D. Shannon, J.L. Gillson, R.J. Bouchard: J. Phys. Chem. Solids 38, 877 (1977) R.D. Shannon, J.L. Gillson, R.J. Bouchard: J. Phys. Chem. Solids 38, 877 (1977)
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Zurück zum Zitat N. Ueda, T. Omata, N. Hikuma, K. Ueda, H. Mizoguchi, T. Hashimoto, H. Kawazoe: Appl. Phys. Lett. 61, 1954 (1992) N. Ueda, T. Omata, N. Hikuma, K. Ueda, H. Mizoguchi, T. Hashimoto, H. Kawazoe: Appl. Phys. Lett. 61, 1954 (1992)
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Zurück zum Zitat A.J. Freeman, K.R. Poeppelmeier, T.O. Mason, R.P.H. Chang, T.J. Marks: MRS Bulletin 25, 45 (2000) A.J. Freeman, K.R. Poeppelmeier, T.O. Mason, R.P.H. Chang, T.J. Marks: MRS Bulletin 25, 45 (2000)
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Zurück zum Zitat J. Robertson: Inst. Phys. Conf. Ser. 43, 1183 (1979) J. Robertson: Inst. Phys. Conf. Ser. 43, 1183 (1979)
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Zurück zum Zitat K. Ellmer, A. Klein, B. Rech (Eds.): Transparent Conductive Zinc Oxide (Springer, Berlin 2008) K. Ellmer, A. Klein, B. Rech (Eds.): Transparent Conductive Zinc Oxide (Springer, Berlin 2008)
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Zurück zum Zitat T. Minami: Thin Solid Films 516, 5822 (2008) T. Minami: Thin Solid Films 516, 5822 (2008)
58.34
Zurück zum Zitat N. Ueda, H. Hosono, R. Waseda, H. Kawazoe: Appl. Phys. Lett. 70, 3561 (1997) N. Ueda, H. Hosono, R. Waseda, H. Kawazoe: Appl. Phys. Lett. 70, 3561 (1997)
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Zurück zum Zitat A.J. Nozik: Phys. Rev. B 6, 453 (1972) A.J. Nozik: Phys. Rev. B 6, 453 (1972)
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Zurück zum Zitat H. Mizoguchi, T. Kamiya, S. Matsuishi, H. Hosono: Nat. Commun. 2, 470 (2011) H. Mizoguchi, T. Kamiya, S. Matsuishi, H. Hosono: Nat. Commun. 2, 470 (2011)
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Zurück zum Zitat T. Sasabayashi, N. Ito, E. Nishimura, M. Kon, P.K. Song, K. Utsumi, A. Kaijo, Y. Shigesato: Thin Solid Films 445, 219 (2003) T. Sasabayashi, N. Ito, E. Nishimura, M. Kon, P.K. Song, K. Utsumi, A. Kaijo, Y. Shigesato: Thin Solid Films 445, 219 (2003)
58.38
Zurück zum Zitat H. Hosono, N. Kikuchi, N. Ueda, H. Kawazoe, K. Shimidzu: Appl. Phys. Lett. 67, 2663 (1995) H. Hosono, N. Kikuchi, N. Ueda, H. Kawazoe, K. Shimidzu: Appl. Phys. Lett. 67, 2663 (1995)
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Zurück zum Zitat H. Hosono: J. Non-Cryst. Solids 352, 851 (2006) H. Hosono: J. Non-Cryst. Solids 352, 851 (2006)
58.40
Zurück zum Zitat D.C. Cronemeyer: Phys. Rev. 87, 876 (1952) D.C. Cronemeyer: Phys. Rev. 87, 876 (1952)
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Zurück zum Zitat Y. Furubayashi, T. Hitosugi, Y. Yamamoto, K. Inaba, G. Kinoda, Y. Hirose, T. Shimada, T. Hasegawa: Appl. Phys. Lett. 86, 252101 (2005) Y. Furubayashi, T. Hitosugi, Y. Yamamoto, K. Inaba, G. Kinoda, Y. Hirose, T. Shimada, T. Hasegawa: Appl. Phys. Lett. 86, 252101 (2005)
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Zurück zum Zitat S.H. Wemple: Phys. Rev. 137, A1575 (1965) S.H. Wemple: Phys. Rev. 137, A1575 (1965)
58.43
Zurück zum Zitat H. Kawazoe, H. Yanagi, K. Ueda, H. Hosono: MRS Bulletin 25, 28 (2000) H. Kawazoe, H. Yanagi, K. Ueda, H. Hosono: MRS Bulletin 25, 28 (2000)
58.44
Zurück zum Zitat H. Kawazoe, M. Yasukawa, H. Hyodo, M. Kurita, H. Yanagi, H. Hosono: Nature 389, 939 (1997) H. Kawazoe, M. Yasukawa, H. Hyodo, M. Kurita, H. Yanagi, H. Hosono: Nature 389, 939 (1997)
58.45
Zurück zum Zitat H. Yanagi, H. Kawazoe, A. Kudo, M. Yasukawa, H. Hosono: J. Electroceram. 4, 407 (2000) H. Yanagi, H. Kawazoe, A. Kudo, M. Yasukawa, H. Hosono: J. Electroceram. 4, 407 (2000)
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Zurück zum Zitat K. Ueda, H. Hiramatsu, M. Hirano, T. Kamiya, H. Hosono: Thin Solid Films 496, 8 (2006) K. Ueda, H. Hiramatsu, M. Hirano, T. Kamiya, H. Hosono: Thin Solid Films 496, 8 (2006)
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Zurück zum Zitat H. Yanagi, S. Inoue, K. Ueda, H. Kawazoe, H. Hosono: J. Appl. Phys. 88, 4159 (2000) H. Yanagi, S. Inoue, K. Ueda, H. Kawazoe, H. Hosono: J. Appl. Phys. 88, 4159 (2000)
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Zurück zum Zitat K. Ueda, S. Inoue, S. Hirose, H. Kawazoe, H. Hosono: Appl. Phys. Lett. 77, 2701 (2000) K. Ueda, S. Inoue, S. Hirose, H. Kawazoe, H. Hosono: Appl. Phys. Lett. 77, 2701 (2000)
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Zurück zum Zitat K. Ueda, H. Hosono, N. Hamada: J. Phys.: Condens. Matter 16, 5179 (2004) K. Ueda, H. Hosono, N. Hamada: J. Phys.: Condens. Matter 16, 5179 (2004)
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Zurück zum Zitat K. Ueda, T. Hase, H. Yanagi, H. Kawazoe, H. Hosono, H. Ohta, M. Orita, M. Hirano: J. Appl. Phys. 89, 1790 (2001) K. Ueda, T. Hase, H. Yanagi, H. Kawazoe, H. Hosono, H. Ohta, M. Orita, M. Hirano: J. Appl. Phys. 89, 1790 (2001)
58.52
Zurück zum Zitat A. Kudo, H. Yanagi, H. Hosono, H. Kawazoe: Appl. Phys. Lett. 73, 220 (1998) A. Kudo, H. Yanagi, H. Hosono, H. Kawazoe: Appl. Phys. Lett. 73, 220 (1998)
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Zurück zum Zitat H. Hiramatsu, K. Ueda, H. Ohta, M. Orita, M. Hirano, H. Hosono: Appl. Phys. Lett. 81, 598 (2002) H. Hiramatsu, K. Ueda, H. Ohta, M. Orita, M. Hirano, H. Hosono: Appl. Phys. Lett. 81, 598 (2002)
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Zurück zum Zitat H. Hiramatsu, K. Ueda, H. Ohta, M. Orita, M. Hirano, T. Kamiya, H. Hosono: Appl. Phys. Lett. 82, 1048 (2003) H. Hiramatsu, K. Ueda, H. Ohta, M. Orita, M. Hirano, T. Kamiya, H. Hosono: Appl. Phys. Lett. 82, 1048 (2003)
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Zurück zum Zitat H. Hiramatsu, K. Ueda, H. Ohta, M. Hirano, M. Kikuchi, H. Yanagi, T. Kamiya, H. Hosono: Appl. Phys. Lett. 91, 012104 (2007) H. Hiramatsu, K. Ueda, H. Ohta, M. Hirano, M. Kikuchi, H. Yanagi, T. Kamiya, H. Hosono: Appl. Phys. Lett. 91, 012104 (2007)
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Zurück zum Zitat H. Yanagi, J. Tate, S. Park, C.H. Park, D.A. Keszler: Appl. Phys. Lett. 82, 2814 (2003) H. Yanagi, J. Tate, S. Park, C.H. Park, D.A. Keszler: Appl. Phys. Lett. 82, 2814 (2003)
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Zurück zum Zitat Y. Ogo, H. Hiramatsu, K. Nomura, H. Yanagi, T. Kamiya, M. Hirano, H. Hosono: Appl. Phys. Lett. 93, 032113 (2008) Y. Ogo, H. Hiramatsu, K. Nomura, H. Yanagi, T. Kamiya, M. Hirano, H. Hosono: Appl. Phys. Lett. 93, 032113 (2008)
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Zurück zum Zitat N.F. Quackenbush, J.P. Allen, D.O. Scanlon, S. Sallis, J.A. Hwelett, A.S. Nandur, B. Chen, K.E. Smith, C. Weiland, D.A. Fischer, J.C. Woicik, B.E. White, G.W. Watson, L.F.J. Piper: Chem. Mater. 25, 3114 (2013) N.F. Quackenbush, J.P. Allen, D.O. Scanlon, S. Sallis, J.A. Hwelett, A.S. Nandur, B. Chen, K.E. Smith, C. Weiland, D.A. Fischer, J.C. Woicik, B.E. White, G.W. Watson, L.F.J. Piper: Chem. Mater. 25, 3114 (2013)
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Zurück zum Zitat H. Mizoguchi, M. Hirano, S. Fujitsu, T. Takeuchi, K. Ueda, H. Hosono: Appl. Phys. Lett. 80, 1207 (2002) H. Mizoguchi, M. Hirano, S. Fujitsu, T. Takeuchi, K. Ueda, H. Hosono: Appl. Phys. Lett. 80, 1207 (2002)
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Zurück zum Zitat D.O. Scanlon, G.W. Watson: J. Mater. Chem. 22, 25236 (2012) D.O. Scanlon, G.W. Watson: J. Mater. Chem. 22, 25236 (2012)
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Zurück zum Zitat G. Hautier, A. Miglio, G. Ceder, G.-M. Rignanese, X. Gonze: Nat. Commun. 4, 2292 (2013) G. Hautier, A. Miglio, G. Ceder, G.-M. Rignanese, X. Gonze: Nat. Commun. 4, 2292 (2013)
Metadaten
Titel
Transparent Conductive Oxides
verfasst von
Hideo Hosono
Kazushige Ueda
Copyright-Jahr
2017
Verlag
Springer International Publishing
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-319-48933-9_58

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