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《溶膠凝膠法SnO2 薄膜復(fù)合摻雜的研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、http://www.paper.edu.cn1溶膠凝膠法SnO2薄膜復(fù)合摻雜的研究12王靈偉，靳正國天津大學(xué)材料學(xué)院，天津（300072）E-mail：wanglingwei198510@163.com摘要：本文通過Sol-Gel法制備了透明導(dǎo)電SnO2薄膜，探討Sb-Mo，Sb-F等復(fù)合摻雜對SnO2薄膜晶粒生長，透光性能和導(dǎo)電性能的影響，應(yīng)用XPS、XRD、TEM、UV-Vis和四探針儀表征了薄膜的結(jié)構(gòu)與性能。結(jié)果表明，固定摻雜下，復(fù)合摻雜Mo，晶粒生長受阻，薄-膜電阻升高。復(fù)合摻雜F，薄膜導(dǎo)
2、電性能有所提高。膜厚為650nm的SnO2+5at%Sb+6at%F薄膜方阻達(dá)60Ω/□，可見光透光率>80%。關(guān)鍵詞：SnO2薄膜；溶膠凝膠；Sb摻雜；復(fù)合摻雜中圖分類號：O614.43+21引言[1,2]二氧化錫(SnO2)薄膜是一種寬帶n型半導(dǎo)體，跟TiO2、CeO2一樣為金紅石結(jié)構(gòu)。其禁[3-4]帶寬為3.6eV。SnO2膜的特點(diǎn)是膜強(qiáng)度大，化學(xué)穩(wěn)定性好，理論上純SnO2屬于典型的絕緣體，但是由于存在晶格氧缺位在禁帶內(nèi)形成Ed=-0.15eV的施主能級向?qū)峁舛燃s為1518-310~10
3、cm的電子，所以通常不摻雜的SnO2為n型半導(dǎo)體。由于其良好的導(dǎo)電性和透光性，SnO2薄膜被廣泛應(yīng)用于薄膜電阻、電熱轉(zhuǎn)換薄膜、氣敏傳感器、透明電極、SIS結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)、玻璃及玻璃器皿的表面保護(hù)等。另外，SnO2具有良好的吸附性及化學(xué)穩(wěn)定性，可以沉積在[5]諸如玻璃、陶瓷、氧化物及其他種類的襯底材料上。摻雜SnO2為透明導(dǎo)電的n型半導(dǎo)體材料，導(dǎo)電性質(zhì)介于半導(dǎo)體如Si、Ge、GaAs和金屬之間。Sb、As或F等元素?fù)诫s均能形成淺施主能級摻雜，會在半導(dǎo)體的導(dǎo)帶底附近引入一個(gè)施5+4+主能級，向?qū)峁╇娮印?/p>
4、其中，Sb替換Sn形成施主摻雜增加薄膜導(dǎo)電性能較為成功，[6]-4Shanthi.S等采用噴射熱分解法制備出電阻率為9×10?·cm、可見光透射率達(dá)80%以上的[7]ATO薄膜。楊田林等人用射頻磁控濺射法在聚酞亞胺襯底上制備出了透過率為80%左右，-3最低電阻率為3.7×10?·cm，附著良好的SnO2:Sb透明導(dǎo)電膜。然而ATO薄膜，Sb的摻雜明顯使薄膜著色，不利于薄膜的透光性能，并且Sb的加入，也會抑制氧化錫薄膜晶粒的生長而影響薄膜透光性。透明導(dǎo)電氧化物薄膜的結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電學(xué)特性強(qiáng)烈依賴于組成、
5、制備工藝及參數(shù)。透明[8]導(dǎo)電膜的制備方法總體可分為物理法和化學(xué)法，化學(xué)法主要包括噴涂法，化學(xué)氣相沉積法[9,10][11-14][15-18](CVD)，sol-gel法等；物理法主要包括蒸發(fā)和濺射等。溶膠凝膠法具有工藝設(shè)備簡單，容易大面積涂敷在各種不同形狀的基底，易于定量摻雜等優(yōu)點(diǎn)。本文通過水基體系溶膠凝膠法研究透明導(dǎo)電SnO2薄膜的制備，在固定5at%的Sb摻雜下，通過Sb-Mo、Sb-F進(jìn)行復(fù)合摻雜改性，研究了摻雜量、熱處理等對薄膜電導(dǎo)和透光性能的影響。2實(shí)驗(yàn)過程2.1試劑原料實(shí)驗(yàn)使用原料：
6、SnC2O4（自制）、檸檬酸(C6H8O7)、單乙醇胺(H2NCH2CH2OH)、三氯化銻(SbCl3)、鉬酸銨((NH4)6Mo7O24?4H2O)、氟化銨(NH4F)、無水乙醇和去離子水。所有原料-1-http://www.paper.edu.cn都為分析純（AR）。2.2錫溶膠的制備稱取SnC2O4粉末，加入適量水，緩慢倒入H3L-MEA溶液進(jìn)行錫的絡(luò)合溶解，待粉末消失溶液澄清后，滴入少量MEA再次調(diào)節(jié)pH，攪拌溶液2h，形成透明穩(wěn)定溶膠。加入適量乙醇稀釋溶膠。制備復(fù)合摻雜薄膜，按Sb/Sn=
7、5at%，配置透明穩(wěn)定Sb摻雜Sn溶膠。再按Mo/Sn=0at%，0.50at%，1at%，1.5at%，2at%，2.5at%，3at%；F/Sn=0at%，3at%，6at%，9at%，12at%，15at%，稱取適量的鉬酸銨，氟化銨。在溶膠中按配比分別加入摻雜物質(zhì)，攪拌均勻，待溶膠透明清澈為止。2.3薄膜制備采用浸漬-提拉法制膜，薄膜提拉速度為1mm/s。將潔凈的載波片固定在提拉桿上，下降載波片進(jìn)入溶膠中并停留30s，然后穩(wěn)速提拉載波片離開溶膠，取下載波片放入空氣中干燥10分鐘，放入300℃的
8、馬弗爐中處理10min，再放入450℃的馬弗爐加熱10min取出，室溫冷卻。為得到所需膜層厚度，需重復(fù)上述過程。2.4表征與分析采用FEI公司TecnaiG2F20型場發(fā)射透射電鏡對SnO2基薄膜的晶粒大小，形貌進(jìn)行分析。XRD測試采用日本Rigaku公司的D/max-2500v/pc型多晶X射線衍射儀。采用SDY-5型雙電測四探針測試儀進(jìn)行了四探針雙位組合測量薄膜表面阻，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的TU-1901型雙光束紫外可見光分光光度計(jì)測量SnO2薄膜在3
