CN105280269B - 导电薄膜和包括其的电子器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开导电薄膜和包括其的电子器件。所述导电薄膜包括由化学式1或化学式2表示并且具有层状晶体结构的化合物，在化学式1中，M1是钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、钽(Ta)、或铌(Nb)；和在化学式2中，M2是钒(V)或钽(Ta)。化学式1M1Te2化学式2M2Se2。

Description

导电薄膜和包括其的电子器件
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年6月11日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2014-0071059的优先权和权益，将其全部内容引入本文作为参考。
技术领域
公开了导电薄膜和包括其的电子器件。
背景技术
电子器件如LCD或LED平板显示器、触摸屏面板、太阳能电池、透明晶体管等包括导电薄膜，所述导电薄膜可为透明的。期望用于导电薄膜的材料具有在可见光区域中大于或等于约80％的光透射率和小于或等于约100微欧姆-厘米(μΩ*cm)的比电阻。目前使用的用于导电薄膜的材料包括氧化铟锡(ITO)、氧化锡(例如，SnO2)、氧化锌(ZnO)等。ITO材料具有差的柔性且由于铟的有限储量而不可避免地成本较高。因此，需要替代性材料的开发。氧化锡和氧化锌具有较低的电导率且具有差的柔性。
对于已经作为下一代电子器件引起日益增加的关注的柔性电子器件如能弯曲的或能折叠的电子器件，期望开发具有高的透明性和优异的电导率的用于柔性且稳定的透明电极的材料。
发明内容
一种实施方式提供具有高的电导率和优异的光透射率的柔性的导电薄膜。
另一实施方式提供包括所述导电薄膜的电子器件。
在一种实施方式中，导电薄膜包括由化学式1或化学式2表示并具有层状晶体结构的化合物：
化学式1
M1Te2
其中M1是钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、钽(Ta)、或铌(Nb)；或
化学式2
M2Se2
其中M2是钒(V)或钽(Ta)。
所述导电薄膜在约10nm的膜厚度下对于具有约550nm波长的光可具有大于或等于约50％的透射率。
所述化合物可包括TiTe2、NbTe2、TaTe2或它们的组合。
所述导电薄膜可包括所述化合物的单晶。
所述导电薄膜可具有大于或等于约2200S/cm的电导率。
所述化合物可具有小于或等于约30Ω/□的在25℃对于具有约550nm波长的光的吸收系数(α)与其电阻率值(ρ)的乘积。
所述层状晶体结构可属于六方晶系且可在空间群P-3m1(164)中，或可属于单斜晶系且可在空间群C12/m1(12)中。
所述导电薄膜可包括多个包含所述化合物的纳米片，且所述纳米片可彼此接触以提供电连接。
所述导电薄膜可包括包含所述化合物的连续的沉积膜。
所述导电薄膜在约10nm的膜厚度下对于具有约550nm波长的光可具有大于或等于约80％的透射率。
另一实施方式提供包括导电薄膜的电子器件，所述导电薄膜包括由化学式1或化学式2表示并且具有层状晶体结构的化合物：
化学式1
M1Te2
其中M1是钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、钽(Ta)、或铌(Nb)；或
化学式2
M2Se2
其中M2是钒(V)或钽(Ta)。
所述电子器件可为平板显示器、触摸屏面板、太阳能电池、电子视窗(e-window)、电致变色镜、热镜、透明晶体管、或柔性显示器。
根据一种实施方式，提供具有与ITO的电导率相当或比ITO的电导率大的电导率和改善的可见光透射率的透明且导电的材料变得可能。
附图说明
通过参照附图更详细地描述本公开内容的示例性实施方式，本公开内容的以上和其它方面、优点和特征将变得更明晰，其中：
图1是在实施例中用于制备多晶烧结体的方法的示意图；
图2A、图2B和图2C各自为计数(任意单位)对衍射角(2倍θ即2θ，度)的图，且为实施例6中分别在700℃、800℃和900℃制备的TaTe2多晶烧结体的X-射线衍射谱；
图3是计数(任意单位)对衍射角(2倍θ即2θ，度)的图，且为实施例8中制备的TaSe2多晶烧结体的X-射线衍射谱；
图4是在实施例9中用于制备单晶化合物的方法的示意图；
图5是包括导电薄膜的一种实施方式的有机发光二极管器件的一种实施方式的横截面图；
图6A、图6B和图6C各自为计数(任意单位)对衍射角(2倍θ即2θ，度)的图，且为实施例1中分别在600℃、700℃和800℃制备的TiTe2多晶烧结体的X-射线衍射谱；和
图7A、图7B、图7C和图7D各自为计数(任意单位)对衍射角(2倍θ即2θ，度)的图，且为对比例3中分别在600℃、700℃、800℃和900℃制备的TiSe2多晶烧结体的X-射线衍射谱。
具体实施方式
参照以下实施方式以及附于此的图，本公开内容的优点和特性以及其实现方法将变得明晰。然而，本公开内容可以许多不同的形式体现并且将不被解释为限于本文中所阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开内容将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。因此，在一些实施方式中，为了清楚起见，没有对公知的工艺技术进行详细说明。如果未另外定义，说明书中的所有术语(包括技术和科学术语)可如本领域技术人员通常理解地那样定义。常用字典中定义的术语不可理想化或者扩大化地解释，除非清楚地定义。此外，除非明确地相反描述，词“包括”和变型例如“包含”或“含有”将被理解为暗示包含所述的要素，但是不是排除任何其它要素。
单数包括复数，除非另外提及，因而单数形式“一种(个)(a，an)”和“该(所述)(the)”意图包括复数形式，包括“至少一种(个)”，除非上下文清楚地另外指明。
在附图中，为了清楚起见，放大层、区域等的厚度。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
将理解，当一个元件例如层、膜、区域、或基底被称作“在”另外的元件“上”时，其可直接在所述另外的元件上或者还可存在中间元件。相反，当一个元件被称作“直接在”另外的元件“上”时，则不存在中间元件。
将理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可用在本文中描述各种元件、部件(组分)、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件(组分)、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件(组分)、区域、层或部分与另外的元件、部件(组分)、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离本文中的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件(组分)、区域、层或部分可称为第二元件、部件(组分)、区域、层或部分。
“或”意味着“和/或”。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关列举项目的一个或多个的任意和全部组合。
为了便于描述，在本文中可使用空间相对术语如“在……之下”、“在……下面”、“下部”、“在……上方”、“上部”等来描述如图中所示的一个元件或特征与另外的元件或特征的关系。将理解，除图中所描绘的方位以外，空间相对术语还意图涵盖使用或操作中的器件的不同方位。例如，如果将图中的器件翻转，描述为“在”另外的元件或特征“下面”或“之下”的元件则将定向“在”所述另外的元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下面”可涵盖在……上方和在……下面两种方位。器件可以其它方式定向(旋转90度或在另外的方位上)且本文中使用的空间相对描述词相应地进行解释。
如本文中使用的“约”或“大约”包括所述的值并且意味着在如由本领域普通技术人员考虑到所讨论的测量以及与具体量的测量有关的误差(即，测量系统的限制)而确定的对于具体值的可接受的偏差范围内。
在本文中参照作为理想化实施方式的示意图的横截面图描述示例性实施方式。这样，将预计到由例如制造技术和/或公差导致的与图示的形状的偏差。因此，本文中描述的实施方式不应解释为限于如本文中图示的区域的特定形状，而是包括由例如制造导致的形状上的偏差。例如，图示或描述为平坦的区域可典型地具有粗糙和/或非线性特征。此外，图示的尖锐的角可为圆形的。因此，图中所示的区域在本质上是示意性的，并且它们的形状不意图图示区域的精确形状，并且不意图限制本权利要求的范围。
在一种实施方式中，导电薄膜包括由化学式1或化学式2表示并且具有层状晶体结构的化合物：
化学式1
M1Te2
其中M1是钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、钽(Ta)、或铌(Nb)；和
化学式2
M2Se2
其中M2是钒(V)或钽(Ta)。
所述化合物可包括TiTe2、NbTe2、TaTe2或它们的组合。在一种实施方式中，所述导电薄膜可包括单晶化合物或多晶化合物。特别提及具有约1nm至约50nm、或约2至约30nm厚度的单晶膜。
所述导电薄膜可为透明薄膜。例如，所述导电薄膜在约10纳米(nm)的膜厚度下对于具有约550纳米(nm)波长的光可具有大于或等于约50百分比(％)例如大于或等于约60％、大于或等于约70％、大于或等于约75％、或大于或等于约80％、或约50％至约99％、或约60％至约95％的透射率。
过渡金属二硫属化物如MoS2和MoSe2可具有半导体材料的电导率，但是通常不用于透明电学膜如透明电极，因为它们的透射率是差的。相反，由化学式1或化学式2表示并且具有层状晶体结构的过渡金属化合物可具有高的电导率，并且同时，在将它制备为具有很小(例如纳米尺度的)厚度的薄膜时，它可提供高的透射率。在一种实施方式中，所述过渡金属化合物可具有大于或等于约2200西门子每厘米(S/cm)例如大于或等于约2700S/cm、大于或等于约3000S/cm、大于或等于约3500S/cm、大于或等于约4000S/cm、大于或等于约5000S/cm、大于或等于约6000S/cm、或大于或等于约7000S/cm、或约2200S/cm至约20,000S/cm、或约3000S/cm至约15,000S/cm的电导率。所述导电薄膜在它包括所述化合物的单晶时可显示出甚至更大的电导率，例如大于或等于约4000S/cm、大于或等于约5000S/cm、大于或等于约6000S/cm、大于或等于约7000S/cm、大于或等于约8000S/cm、大于或等于约9000S/cm、或大于或等于约10,000S/cm、或约4000S/cm至约30,000S/cm、或约5000S/cm至约25,000S/cm。此外，所述导电薄膜在约10nm的厚度下可显示出大于或等于约80％、或约50％至约99％的光透射率，且前述化合物的计算机模拟结果证实，所述化合物在约3nm的厚度下可显示出约90％的光透射率。
所述过渡金属化合物具有层状晶体结构。在一种实施方式中，所述过渡金属化合物具有其中层状单元结构重复的晶体结构。在所述层状单元结构中，碲或硒构成上部层和下部层，且金属元素如钛、锆、铪、钒、铌或钽构成上部层与下部层之间的中间层。
在一种实施方式中，所述过渡金属化合物如TiTe2、NbTe2或TaTe2可提供与氧化铟锡(ITO)相当，例如大于或等于约5000S/cm的电导率，且可提供金属的电导率。不希望受任何理论的束缚，所述过渡金属化合物被理解为包括在规则的且二维的晶体结构内受限的高密度的电子，且因而可提供改善的电导率。此外，片状的(例如，二维的)层状单元结构在所述过渡金属化合物中经由范德华力或静电力彼此连接，且可经历其间的滑动。因此，所得的包括这样的化合物的膜可具有相较于ITO薄膜大大改善的柔性。因此，可将包括前述过渡金属化合物的薄膜用作柔性透明导电膜(例如，透明电极)，例如，当设置于柔性且透明的基底上时。
已经进行了多种努力以开发具有高的电导率且在可见光范围中是透明的柔性透明电极材料。金属可具有高的电子密度和高的电导率。然而，金属趋向于与空气中的氧气反应，从而在其表面上形成氧化物。除一些贵金属如Au、Ag或Pt之外，大多数金属可经历严重的氧化，且因而金属电极材料显示出高水平的接触电阻。此外，已经尝试使用具有高的电导率和降低的表面氧化的陶瓷材料来降低表面接触电阻。然而，目前可利用的导电陶瓷材料(如ITO)具有原材料的供应不稳定的困难。此外，它们可无法提供与金属的电导率相当的电导率，且它们的柔性趋向于是差的。
相比之下，包括前述过渡金属化合物的导电薄膜可提供改善的电导率和高的透明性，且还可具有改善的柔性，且因而可在柔性电子器件中找到其用途。
包括在所述导电薄膜中的所述过渡金属化合物可具有小于或等于约30欧姆每平方(Ω/□)例如小于或等于约20Ω/□、或为约1Ω/□至约30Ω/□、或为约2Ω/□至约25Ω/□的在25℃对于具有约550nm波长的光的吸收系数(α)与其电阻率值(ρ)的乘积。吸收系数和电阻率可由计算机模拟获得。电阻率(ρ)可通过由相应的稀土元素硫属化物化合物的晶体结构计算费米能级附近的能带(带，band)结构和态密度(DOS)而获得。此外，对于某波长的吸收系数(α)由所述化合物的介电常数计算，所述化合物的介电常数是通过应用Drude模型和考虑由于带间跃迁引起的电子跃迁而获得的。
关于用于提供吸收系数(α)和电阻率(ρ)的模拟方法，可进一步参考Vienna Ab-initio Simulation Package(由Georg Kresse和Jurgen Furthmuller编写，Institut furMaterialphysik，Universitat Wien，Sensengasse 8，A-1130Wien，Austria，2005年8月24日，且可在http://cms.mpi.univie.ac.at/VASP/处获得)，将其全部通过参考引入本文中。前述模拟程序总结于表1中。
表1
DFT：密度泛函理论
DFPT：密度泛函微扰理论
Drude模型：用于固体的自由电子模型
σ、τ、meff、μ、ρ：电导率、驰豫时间、有效质量、迁移率、电阻率
在下文中，更详细地说明表1。
为了计算材料的量子力学状态，进行基于密度泛函理论(DFT)方法(通过使用电子密度函数代替波函数来描述电子分布而解量子力学方程的方法)的第一性原理计算(由基本方程在不使用外来参数的情况下进行的计算)以计算电子的量子力学状态。使用VASP(作为第一性原理DFT代码的Vienna Abinitio simulation package代码)计算电子状态。包括二维电子气层的候选材料组选自Inorganic Crystal Structure Database(ICSD)。输入所述候选材料的原子结构信息并通过模拟计算电子的能级，且对于这样的电子，计算在所述电子的k-空间上的态密度函数和能量密度函数。
通过DFT计算机模拟计算的电子结构提供E-k图(能带结构)和态密度(DOS，电子态密度，每能量单位的电子态密度函数)，使得可确定给定的材料是金属性导电材料(DOS(E)>0)还是半导体材料(DOS(E)＝0)，这取决于在对于电子可利用的最大能级(E)上DOS的存在。
为了预测金属性导电材料的电导率(σ)，通过引入半经典玻尔兹曼输运模型来估计其导电特性。在此情况下，假定电子的弛豫时间(τ：在其期间电子可运动而没有碰撞的持续时间)是常数(参见N.W.Ashcroft和N.D.Mermin，Solid State Physics，Brook Cole(1976)，将其内容全部引入本申请中)。
玻尔兹曼输运
在这里，τ为电子的驰豫时间，k为在k-空间中电子的状态，v(k)为在k状态下电子的速度，f为费米-狄拉克分布函数，和E为能量。在此情况下，v(k)可从E-k图计算，且σ/τ可由上式获得。
决定导电材料的透射或吸收的机理可包括由于自由电子的等离子体状振荡而引起的带内吸收和由于束缚电子的带到带跃迁而引起的带间吸收。可通过如表2中所阐述的方法获得考虑各机理的量子计算模拟方法。
表2
在这里，B表示能带，和D表示Drude模型。
在此情况下，固体的介电常数(ε)、折射率(n)和吸收系数(α)的关系如下所示。对于介电常数，应考虑与带间跃迁相关的部分(ε(能带))和与带内跃迁相关的部分(ε(Drude))两者。
ε(ω)＝ε(Drude)+ε(能带)
＝ε1(ω)+iε2(ω) 介电函数
(n+ik)2＝ε(ω) 折射函数
α(ω)＝4πk/λ 吸收系数
如在以上电导率计算中所阐述的，带间吸收可通过如预先计算的能带结构计算，而由自由电子的带内吸收通过基于Drude建模的电导率和光学系数计算通过如下的模拟而计算(参见，Jinwoong Kim,Journal of Applied Physics110,083501(2011)，将其内容全部引入本申请中)。
CGS单位
AC电导率
DC电导率
ε(ω)＝1+i(4π/ω)σ(ω)
ωp 2τ ＝σ０/ε0 (si)
＝4πσ0 (cgs)
ε(ω)＝1+i(4π/ω)σ0/[1-iωτ]＝1-(4πσ0/ω)/[i+ωτ]
＝1-(4πσ0/ω)(-i+ωτ)/[1+(ωτ)2]
＝1-(ωpτ)2/[1+(ωτ)2]
+i(ωpτ)2/[ωτ(1+(ωτ)2)]
ω：频率
ωp：等离子体频率
k：消光系数
照此，带间吸收和带内吸收的计算使得可计算给定材料的介电函数，并且由其可模拟其光学常数。最后，可由其计算给定材料的反射率(R)、吸收系数(a)和透射率(T)。
根据前述方法，多种金属二硫属化物的吸收系数(α)与电阻率(ρ)的乘积汇集在表3中。
表3
如由表3所证实的，包括TiS2、ZrS2、ZrSe2、HfS2和HfSe2的过渡金属二硫属化物具有层状晶体结构且具有高水平的通过计算机模拟方法计算的比电阻。此外，MoS2具有在可见光区域中约106每厘米(/cm)的吸收系数、约104Ωcm的比电阻、和约10-4S/cm的电导率。此外，当根据前述方法进行计算时，MoSe2具有在可见光区域中约106/cm的吸收系数、约10至约100Ωcm的比电阻、和约10-2至10-1S/cm的电导率。因此，这些硫属化合物具有显著大于30的电阻率与吸收系数的乘积。
根据方程，电阻率(ρ)与吸收系数(α)的乘积可代表薄层电阻(Rs)与-lnT的乘积，其中T为透射率。因此，对于用于导电薄膜的材料，具有较低的ρ*α值的化合物可为有利的。
e-αt＝T(即，αt＝-ln T)
Rs＝ρ/t
∴ρ*α＝Rs*(-lnT)
α：吸收系数
ρ：电阻率
T：透射率(在λ＝550nm处)
t：厚度
Rs：薄层电阻
所述导电薄膜中包括的所述化合物可具有小于或等于约30例如小于或等于约20、或者约1至约30、或者约2至约25的吸收系数与电阻率的乘积(即，Rs*(-lnT))，以提供具有高的导电性和优异的透明性(即，低的薄层电阻和高的光透射率)的导电薄膜。
根据所述实施方式的导电薄膜包括包含金属和非金属元素的无机材料，但即使在约1nm至约50nm、或约2至约30nm的厚度下也可具有非常高的电导率。不希望受任何具体理论束缚，认为上述导电薄膜可呈现非常高的电导率以及高的透明性，因为它们包括在层状晶体结构中二维受限并且即使在具有很小厚度的薄膜中也可以高的迁移率运动的电子。因此，所得薄膜可提供高的透明性和高的电导率。此外，所述具有层状晶体结构的化合物的所述导电薄膜具有层间滑动现象，且因而可提供改善的柔性。在一种实施方式中，在150μm厚的聚乙烯基底上的10nm厚的导电薄膜能够围绕具有5厘米(cm)直径的棒弯曲180°，且电导率损失小于5％。在另一实施方式中，在150μm厚的聚乙烯基底上的20nm厚的导电薄膜能够围绕具有5cm直径的棒弯曲180°，且电导率损失小于5％。在另一实施方式中，在150μm厚的聚乙烯基底上的50nm厚的导电薄膜能够围绕具有5cm直径的棒弯曲180°，且电导率损失小于5％。
在另一实施方式中，在150μm厚的聚乙烯基底上的10nm厚的导电薄膜能够围绕具有1cm直径的棒弯曲180°，且电导率损失小于5％。在另一实施方式中，在150μm厚的聚乙烯基底上的20nm厚的导电薄膜能够围绕具有1cm直径的棒弯曲180°，且电导率损失小于5％。在另一实施方式中，在150μm厚的聚乙烯基底上的50nm厚的导电薄膜能够围绕具有1cm直径的棒弯曲180°，且电导率损失小于5％。
在另一实施方式中，在150μm厚的聚乙烯基底上的10nm厚的导电薄膜能够围绕具有0.5cm直径的棒弯曲180°，且电导率损失小于5％。在另一实施方式中，在150μm厚的聚乙烯基底上的20nm厚的导电薄膜能够围绕具有0.5cm直径的棒弯曲180°，且电导率损失小于5％。在另一实施方式中，在150μm厚的聚乙烯基底上的50nm厚的导电薄膜能够围绕具有0.5cm直径的棒弯曲180°，且电导率损失小于5％。
根据一种实施方式，由化学式1或化学式2表示的过渡金属二硫属化物化合物的层状晶体结构可属于具有空间群P-3m1(164)的六方晶系或具有空间群C12/m1(12)的单斜晶系。对于由化学式1或化学式2表示的过渡金属二硫属化物化合物，可如表4中所示总结晶系及其空间群。
表4
晶系/空间群
VSe2 六方/P-3m1/164
TaSe2 六方/P63mmc/194
TiTe2 六方/P-3m1/164
ZrTe2 六方/P-3m1/164
HfTe2 六方/P-3m1/164
VTe2 六方/P-3m1/164
NbTe2 单斜/C12/m1/12
TaTe2 单斜/C12/m1/12
根据一种实施方式，所述导电薄膜可通过如下制造：准备由化学式1或化学式2表示的过渡金属二硫属化物化合物的原材料、由其制备的多晶或单晶块状材料、或由所述块状材料获得的粉末，和用所述原材料、所制备的块状材料、或其粉末进行合适的方法例如气相沉积等以形成导电薄膜(例如，透明导电层)。替代地，所述导电薄膜可通过如下获得：对所述块状材料粉末进行液相剥落以提供纳米片和将所获得的纳米片形成为薄膜。
所述过渡金属化合物的原材料可包括各元素或包含各元素的化合物。例如，所述原材料可包括钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、钽(Ta)、或铌(Nb)。例如，所述原材料可包括硒或碲。例如，所述原材料可包括以上金属与硒或碲的化合物(例如，TiSe、TiTa等)。
所述多晶块状材料可由所述原材料(例如，金属粉末和碲或硒粉末以1:2的比例的混合物)根据石英安瓿方法、电弧熔融方法、固态反应方法等制备。例如，石英安瓿方法包括将原材料例如元素引入到石英管或者由金属制成的安瓿中，将其在真空下密封，和对其进行加热以进行固相反应或熔融过程。电弧熔融方法包括将原材料元素引入到腔室中，在惰性气体(例如，氮气、氩气等)气氛下进行电弧放电过程以使原材料元素熔融，和使其凝固。固态反应方法可包括将原材料粉末混合和造粒，以及对所获得的粒料进行热处理。在一些实施方式中，固态反应方法可包括对所获得的混合物进行热处理和造粒，以及对其进行烧结。
可使所获得的多晶块状材料经历烧结过程以提供高度致密化的产物。所述高度致密化的产物可用作用于测量电导率的试样。这样的致密化过程可通过热压方法、火花等离子体烧结方法、热锻造方法等进行。热压方法包括将粉碎的化合物施加到具有预定形状的模具中，并将其在例如约300℃-约800℃的高温下在例如约1兆帕斯卡(MPa)-约300兆帕斯卡(MPa)例如30MPa-约300兆帕斯卡(MPa)的高压下成型。火花等离子体烧结方法包括向粉碎的化合物在高的压力下施加高的电压电流，例如，在约30MPa-约300MPa的压力下施加约50安(A)-约500A的电流，以在短的时间内将材料烧结。热锻造方法可包括将粉末化合物在例如约300℃-约700℃的高温下压缩和烧结。
所述单晶材料可通过晶锭的制备或者通过单晶的生长获得。所述晶锭可通过如下获得：将相合(congruent)熔融材料加热至高于所述材料的熔点的温度，然后将其缓慢冷却。例如，可将原材料混合物引入到石英安瓿中，在将所述安瓿在真空下密封之后使所述原材料混合物熔融，然后将熔融的混合物缓慢冷却以提供晶锭。可通过调节熔融的混合物的冷却速度控制晶粒尺寸。单晶的生长可通过金属熔剂方法、Bridgman方法、光学浮区方法、气相传输(vapor transport)方法等进行。在金属熔剂方法中，将原材料混合物置于坩埚中，并且在其中原材料元素可在高温下形成生长的晶体的气氛下于高温下进行处理，以生长晶体。在金属熔剂方法中，将原材料粉末在坩埚中与额外的熔剂一起在高温下熔融，和将其缓慢冷却以在一定温度下生长晶体。Bridgman方法包括将原材料元素引入到坩埚中并将其在高温下加热直至在坩埚的末端处原材料元素融化，然后使高温区缓慢地移动并且使样品局部地融化以使整个样品通过所述高温区，以生长晶体。光学浮区方法是包括如下的方法：将原材料元素成型为棒状籽晶棒(seed rod)和进料棒(feed rod)，通过将灯光聚焦在进料棒上而使样品在高温下局部熔融，和将熔融的部分缓慢地向上拉以生长晶体。气相传输方法包括将原材料如元素引入到石英管的底部部分中，并且对所述原材料进行加热，和使所述石英管的上部部分保持在低温以在低温下以蒸发的原材料进行固相反应并由此生长晶体。所获得的单晶材料的电导率可根据直流(DC)4-端子方法测量。
可将所获得的多晶或单晶块状材料粉碎以提供晶体粉末。所述粉碎可通过任何合适的方法如球磨进行，而没有特别限制。在粉碎之后，可使用例如筛子提供具有均匀尺寸的粉末。
可使用所获得的多晶或单晶块状材料作为气相沉积的靶，以提供包括所述化合物的薄的连续的膜(即，导电薄膜)。气相沉积可通过物理气相沉积方法例如热蒸发和溅射、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、或脉冲激光沉积进行。所述沉积可使用任何已知的或者市售的设备进行。沉积条件可根据化合物的类型以及沉积方法而不同，且没有特别限制。
根据另一实施方式，可使以上化合物的块状材料或其粉末经历液相剥落以制备为多个纳米片，然后使所述多个纳米片彼此接触以提供电连接，从而提供导电薄膜。
在液相剥落中，可使所述块状材料或其粉末在合适的溶剂中经历超声处理。适合用于液相剥落的溶剂的实例可包括，但不限于，水、醇(例如，异丙醇、乙醇或甲醇)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、己烷、苯、二氯苯、甲苯、氯仿、二乙醚、二氯甲烷(DCM)、四氢呋喃(THF)、乙酸乙酯(EtOAc)、丙酮、二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈(MeCN)、二甲亚砜(DMSO)、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、全氟化的芳族溶剂(例如，六氟苯、八氟甲苯、五氟苄腈、和五氟吡啶)、或其组合。
所述溶剂可进一步包括添加剂如表面活性剂以促进剥落和防止剥落的纳米片附聚。所述表面活性剂的实例可包括十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)。
所述超声处理可通过使用任何合适的超声处理设备进行，并且其条件(例如，超声处理时间)没有特别限制，且可考虑所使用的溶剂和在所述溶剂中的粉末浓度而适当地选择。例如，所述超声处理可进行大于或等于约1小时，例如，约1小时-约100小时，但是不限于此。所述溶剂中的粉末浓度可大于或等于约0.01克/毫升(g/mL)，例如，在约0.01g/mL-约1g/L的范围内，但是不限于此。
为了促进剥落，可使锂原子嵌入到所述具有层状晶体结构的化合物中。根据一种实施方式，将所述化合物浸渍于在脂族烃溶剂如己烷中的烷基锂化合物(例如，丁基锂)溶液中以使锂原子嵌入到所述化合物中，和使所获得的产物经历超声处理以提供多个包含所述化合物的纳米片。例如，通过将所获得的产物放在水中，水和所嵌入的锂离子可反应以在晶体结构的层之间产生氢气，以加速层间分离。将所获得的纳米片根据合适的方法(例如，离心)分离并对其进行洗涤。
在包括所述纳米片(例如，纳米薄片)的所述导电薄膜中，所述纳米片彼此物理接触以提供电连接。纳米片的长度没有特别限制，且可适当地选择。例如，所述纳米片可具有小于或等于约500μm，例如，约10nm-约10μm的长度，但不限于此。所述纳米片可具有小于或等于约100nm、或约1nm至约100nm的厚度。所获得的膜可具有大于或等于约20％，例如，大于或等于约50％的覆盖率。当厚度小于或等于约20nm例如小于或等于约5nm时，所获得的膜可具有高的透射率(例如，大于或等于约80％，或大于或等于约85％)。使用纳米片形成膜可以任何合适的方法进行。例如，所述形成膜可通过浸涂、喷涂、在形成墨或糊料之后印刷等进行。
根据一种实施方式，将所制造的纳米片添加至去离子水，并且将所得分散体再次超声处理。向经超声处理的分散体添加与水不可混溶的有机溶剂(例如，芳族烃例如二甲苯或甲苯)。当摇动由此获得的混合物时，在水和有机溶剂之间的界面处形成包括纳米片的薄膜。当将清洁的、经润湿的、和经氧等离子体处理的玻璃基底轻轻地下沉(浸，dip)到所述界面并取出时，所述包括纳米片的薄膜铺展于在所述界面处的所述基底上。可通过控制在水/有机溶剂的表面上每面积的纳米片浓度以及取出所述基底时的速度/角度选择所述薄膜的厚度。
所述导电薄膜提供高的电导率、提升的光透射率、和优异的柔性，并且因此可替代包括透明导电氧化物如ITO、ZnO等的电极以及包括Ag纳米线的透明的膜。
另一实施方式提供包括以上导电薄膜的电子器件。所述导电薄膜与以上描述的相同。所述电子器件可包括例如平板显示器(例如，LCD、LED、和OLED)、触摸屏面板、太阳能电池、电子视窗、热镜、透明晶体管、或柔性显示器，但不限于此。
图5为根据一种实施方式的包括导电薄膜的有机发光二极管器件的横截面图。
根据一种实施方式的有机发光二极管器件包括基底10、下部电极20、面对下部电极20的上部电极40、设置在下部电极20和上部电极40之间的发射层30、以及辅助层50。
基底10可包括无机材料如玻璃，或有机材料如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚醚砜、或其组合，或者硅晶片。
下部电极20和上部电极40之一为阴极且另一个为阳极。例如，下部电极20可为阳极且上部电极40可为阴极。
下部电极20和上部电极40的至少一个可为透明电极。当下部电极20为透明电极时，所述有机发光二极管器件可具有其中光朝着基底10发射的底部发射结构，而当上部电极40为透明电极时，所述有机发光二极管器件可具有其中光远离基底10发射的顶部发射结构。另外，当下部电极20和上部电极40两者均为透明电极时，光可朝着基底10和远离基底10发射。
透明电极可由以上导电薄膜制备。导电薄膜的细节与以上阐述的相同。透明导电膜可适合用作有机发光二极管(OLED)阴极。所述导电薄膜可用于替代LiF/Al或MgAg合金阴极。
以上说明了将所述导电薄膜应用于有机发光二极管器件的实例，且所述导电薄膜可用作用于所有包括透明电极的电子器件的电极而没有特别限制，例如，用于液晶显示器(LCD)的像素电极和/或公共电极、用于有机发光二极管器件的阳极和/或阴极、用于等离子体显示器件的显示电极、和用于触摸屏面板器件的透明电极。
下文中，参照实施例更详细地说明实施方式。然而，这些实施例将不在任何意义上被解释为限制本公开内容的范围。
实施例
实施例1：TiTe2多晶烧结体的制备
在手套箱中，将0.05摩尔单质钛(Ti)粉末(纯度：99.9％，制造商：Sigma-AldrichCo.,Ltd.)和0.10摩尔单质碲(粒状，纯度：99.99％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)混合以提供混合物。将所制备的混合物引入石英玻璃管中，并将所述管在真空下密封。如图1中所示，将所述石英玻璃管引入箱式炉中并在一天内加热至1000℃，且保持在同一温度下4天，然后缓慢冷却至室温(固态方法)。
将所获得的样品粉碎并使用火花-等离子烧结(SPS)设备(由Fuji ElectronicIndustrial Co.,Ltd.制造，型号名称：Dr.Sinter)使其在600℃、700℃、800℃和900℃的温度下在70MPa或80MPa的压力下经历SPS过程。
对于所获得的烧结体，使用ULVAC-Riko ZEM-3设备根据DC 4端子方法在室温/常压条件下测量电导率，且结果提供在表5中。
对于由此制备的烧结体的一些，进行X射线衍射分析，且其结果分别示于图6A至图6C中。
实施例2：ZrTe2多晶烧结体的制备
以与实施例1中阐述的相同的方式制备ZrTe2多晶烧结体，除了如下之外：在手套箱中，将0.05摩尔单质锆(Zr)粉末(纯度：99.9％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)和0.10摩尔单质碲(粒状，纯度：99.99％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)混合以提供混合物。
测量由此制备的烧结体各自的电导率并且将结果汇集在表5中。
实施例3：HfTe2多晶烧结体的制备
以与实施例1中阐述的相同的方式制备HfTe2多晶烧结体，除了如下之外：在手套箱中，将0.05摩尔单质铪(Hf)(纯度：99.9％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)和0.10摩尔单质碲(粒状，纯度：99.99％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)混合以提供混合物。
测量由此制备的烧结体各自的电导率并且将结果汇集在表5中。
实施例4：VTe2多晶烧结体的制备
以与实施例1中阐述的相同的方式制备VTe2多晶烧结体，除了如下之外：在手套箱中，将0.05摩尔单质钒(V)(纯度：99.9％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)和0.10摩尔单质碲(粒状，纯度：99.99％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)混合以提供混合物。
测量由此制备的烧结体各自的电导率并且将结果汇集在表5中。
实施例5：NbTe2多晶烧结体的制备
以与实施例1中阐述的相同的方式制备NbTe2多晶烧结体，除了如下之外：在手套箱中，将0.05摩尔单质铌(Nb)(纯度：99.9％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)和0.10摩尔单质碲(粒状，纯度：99.99％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)混合以提供混合物。
测量由此制备的烧结体各自的电导率并且将结果汇集在表5中。
实施例6：TaTe2多晶烧结体的制备
以与实施例1中阐述的相同的方式制备TaTe2多晶烧结体，除了如下之外：在手套箱中，将0.05摩尔单质钽(Ta)(纯度：99.9％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)和0.10摩尔单质碲(粒状，纯度：99.99％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)混合以提供混合物，以及将所述混合物在800℃的温度下退火，然后使其分别在600℃和70MPa下、在700℃和70MPa下、在800℃和70MPa下、或在900℃和80MPa下经历SPS过程。
测量由此制备的烧结体各自的电导率并且将结果汇集在表5中。
对于由此制备的烧结体的一些，进行X射线衍射分析，且其结果分别示于图2A至图2C中。
实施例7：VSe2多晶烧结体的制备
以与实施例1中阐述的相同的方式制备VSe2多晶烧结体，除了如下之外：在手套箱中，将0.05摩尔单质钒(V)(纯度：99.9％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)和0.10摩尔单质硒(粒状，纯度：99.99％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)混合以提供混合物。
测量由此制备的烧结体各自的电导率并且将结果汇集在表5中。
实施例8：TaSe2多晶烧结体的制备
以与实施例1中阐述的相同的方式制备TaSe2多晶烧结体，除了如下之外：在手套箱中，将0.05摩尔单质钽(Ta)(纯度：99.9％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)和0.10摩尔单质硒(粒状，纯度：99.99％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)混合以提供混合物，以及将所述混合物在800℃的温度下退火，然后使其分别经历在600℃和70MPa下的SPS过程、在700℃和70MPa下的SPS过程、在800℃和70MPa下的SPS过程、和在900℃和80MPa下的SPS过程。
测量由此制备的烧结体各自的电导率并且将结果汇集在表5中。
对于由此制备的烧结体的一些，进行X射线衍射分析，且其结果分别示于图3中。
对比例1：NbS2多晶烧结体的制备
以与实施例1中阐述的相同的方式制备NbS2多晶烧结体，除了如下之外：在手套箱中，将0.05摩尔单质铌(Nb)(纯度：99.9％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)和0.10摩尔单质硫(纯度：99.99％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)混合以提供混合物。
测量由此制备的烧结体各自的电导率并且将结果汇集在表5中。
对比例2：TaS2多晶烧结体的制备
以与实施例1中阐述的相同的方式制备TaS2多晶烧结体，除了如下之外：在手套箱中，将0.05摩尔单质钽(Ta)(纯度：99.9％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)和0.10摩尔单质硫(纯度：99.99％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)混合以提供混合物。
测量由此制备的烧结体各自的电导率并且将结果汇集在表5中。
对比例3：TiSe2多晶烧结体的制备
以与实施例1中阐述的相同的方式制备TiSe2多晶烧结体，除了如下之外：在手套箱中，将0.05摩尔单质钛(Ti)(纯度：99.9％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)和0.10摩尔单质硒(纯度：99.99％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)混合以提供混合物，以及将所述混合物在700℃的温度下退火，然后使其分别在600℃、700℃、800℃或900℃的温度下在70MPa的压力下经历SPS过程，或在900℃的温度下在80MPa的压力下经历SPS过程。对于由此制备的烧结体的每一种，进行X射线衍射分析，且其结果分别示于图7A至图7D中。
测量由此制备的烧结体各自的电导率并且将结果汇集在表5中。
表5
实施例9：TiTe2单晶的制备
在手套箱中，将0.05摩尔单质Ti粉末(纯度：99.99％，制造商：Sigma-AldrichCo.,Ltd.)和0.10摩尔单质碲(纯度：99.99％，制造商：Sigma-Aldrich Co.,Ltd.)混合以提供混合物。将所制备的混合物引入石英玻璃管中，并将所述管在真空条件下密封。将所述石英玻璃管放入箱式炉中并以100℃/h的速率加热至900℃且在该温度保持24小时，然后将所得的熔融的产物在1300℃保持约6小时的时间。然后，在48小时期间将熔融的产物的温度降低至1200℃以生长晶锭。使生长的晶锭冷却至室温。该过程的温度分布曲线(profile)图解于图4中。
证实通过该方法获得的单晶可具有拥有1毫米(mm)或更大的尺寸的颗粒(晶粒)。
使用ULVAC-Riko ZEM-3设备在室温/常压条件下根据DC 4端子方法测量所获得的单晶的电导率。结果证实，所制备的单晶具有18,000S/cm的高水平的电导率。
实施例10：TiTe2薄膜的制造
使用由实施例1制备的烧结体作为靶并使用KrF激光器在MgO基底上在下列条件下进行脉冲激光沉积(PLD)。
PLD设备：Pioneer 130,Neocera
输出功率：1.5J/cm2
时间：20分钟
基底温度：600℃
真空度：2*10-6Pa
所获得的TiTe2沉积膜具有约20nm的厚度。
实施例11：包括TiTe2纳米片的薄膜的制造
将由实施例1制备的TiTe2烧结体粉碎并将0.1g所获得的粉末分散在1升(L)的NMP中。将所得分散体超声处理1小时。通过超声处理，层之间发生分离，并且由此获得包括TiTe2纳米片的分散体。
然后，经由离心将由此制备的纳米片从所述分散体分离，并用水洗涤，然后再次离心。
将所获得的纳米片沉淀物放置于小瓶中，添加3mL去离子水，并进行超声处理。向其添加2-3mL甲苯，并搅拌所述小瓶以提供在水层和甲苯层之间的界面处的包括纳米片的薄膜。将经氧等离子体处理的玻璃基底轻轻地下沉到所述界面中并向上拉使得存在于所述界面处的包括TiTe2纳米片的膜铺展在所述玻璃基底上。
虽然已经关于目前被认为是实践性的示例性实施方式的内容描述了本公开内容，但是将理解，本发明不限于所公开的实施方式，而是相反，意图涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (11)

1.导电薄膜，其包括多个纳米片，其中所述多个纳米片包括：
由化学式1或化学式2表示并且具有层状晶体结构的化合物
化学式1
M1Te2
其中M1是锆、铪、钒、钽、或铌；或
化学式2
M2Se2
其中M2是钒，
其中所述导电薄膜具有小于或等于20nm的厚度，
其中所述导电薄膜对于具有550nm波长的光具有大于或等于80％的透射率，和
其中对于所述化合物，对于具有550纳米波长的光的吸收系数与电阻率值的乘积小于或等于30欧姆/平方。
2.权利要求1的导电薄膜，其中所述化合物包括NbTe2、TaTe2或它们的组合。
3.权利要求1的导电薄膜，其中所述膜具有大于或等于2200西门子/厘米的电导率。
4.权利要求1的导电薄膜，其中所述层状晶体结构属于在空间群P-3m1中的六方晶系或在空间群C12/m1中的单斜晶系。
5.权利要求1的导电薄膜，其包括所述化合物的单晶。
6.权利要求1的导电薄膜，其中所述纳米片彼此接触以提供电连接。
7.权利要求1的导电薄膜，其中所述导电薄膜具有大于或等于50％的覆盖率。
8.权利要求1的导电薄膜，其对于具有550nm波长的光具有大于或等于85％的透射率。
9.权利要求1的导电薄膜，其中当为在150微米厚的聚乙烯基底上的20纳米厚的膜的形式时，所述膜和所述基底能够围绕具有5厘米直径的棒弯曲180°，且电导率损失小于5％。
10.电子器件，其包括权利要求1-9中任一项的导电薄膜。
11.权利要求10的电子器件，其中所述电子器件为平板显示器、触摸屏面板、太阳能电池、电子视窗、电致变色镜、热镜、透明晶体管、或者柔性显示器。
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