氟掺杂氧化锡薄膜的制备及其电学性能的研究

摘要

透明导电薄膜由于其优良的透光性能与导电性能，一直是研究的热点，目前生产研究最多的透明导电薄膜是金属氧化物薄膜，以SnO2为导电基础材料的导电薄膜多种多样，其中以 ITO(Indium Tin Oxide)、FTO(Fluorine-doped Tin Oxide)、ATO(Antimony Tin Oxide)应用最为广泛，而FTO因其价格低廉，性能优越，制备工艺简单在导电薄膜领域一直属于应用比较广泛的薄膜，特别是在电化学领域。
　　本文采用溶胶水热法并热处理后，成功的制备了F掺杂SnO2导电薄膜。通过讨论晶型转变温度及合理掺杂温度以确定最优的制备条件。文章讨论了溶胶的浓度、F/Sn等因素对导电薄膜电学光学性能的影响。测试表征手段包括X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、紫外可见分光光度计、傅里叶红外测试仪、差热及热重分析仪、霍尔效应测试仪等。
　　测试结果显示，溶胶凝胶法制备的F掺杂SnO2晶体颗粒尺寸为纳米级，晶粒尺寸在10 nm左右。F离子的掺杂对SnO2晶体有轻微的影响，通过X射线衍射、透射电镜、红外等等测试分析掺杂前后的变化。匀胶法生成的薄膜表面平整，连续性好，没有明显的缺陷，薄膜与玻璃之间结合良好，薄膜厚度在3μm左右。霍尔测试显示载流子浓度随着 F掺杂量的增加而增加，迁移率的变化趋势与载流子浓度趋势相反，显示下降趋势，当F/Sn比为0.8时，导电薄膜的表面电阻达到最低值，为185Ω/□。当F/Sn比为0.1时，透光性显示最优，可达到90％。透明导电薄膜性能指数ΦTC值，显示了集导电性能和透光性能一身的综合性能表征，ΦTC值显示，当F/Sn比为0.2时，ΦTC值最大，达2.23×10-4，表明综合性能最优。结合重掺杂理论，分析发现，满足透明导电薄膜的最优条件时，其薄膜掺杂浓度属于重掺杂简并半导体范畴，简并半导体具有高载流子浓度，低电阻等特点。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 SnO2薄膜的研究进展

1.3 FTO导电薄膜的研究进展

1.4 FTO导电薄膜的制备方法

1.5 F掺杂SnO2晶体的机理

1.6 本文的研究内容及目的意义

第二章 实验制备与表征

2.1 实验原料及仪器设备

2.2 实验方法

2.3 测试仪器及条件

2.4 本章小结

第三章 F掺杂SnO2纳米晶体的表征分析

3.1 SnO纳米晶体分析

3.2 F掺杂SnO2纳米晶体分析

3.3 掺杂对SnO2纳米晶体的影响

3.4 本章小结

第四章 FTO导电薄膜性能分析

4.1 FTO导电薄膜的表征分析

4.2 掺杂浓度对FTO导电薄膜的电学性能影响

4.3 掺杂浓度对FTO导电薄膜的光学性能影响

4.4 透明导电氧化物薄膜的性能指数

4.5 重掺杂下的理论计算与实际掺杂讨论

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢