ZnO@SnO包覆结构的制备及薄膜透明导电性能研究

摘要

ZnO和SnO2作为宽禁带化合物半导体材料，在透明导电薄膜领域得到了广泛的研究和应用。众多研究表明，ZnO薄膜存在表面和晶粒间界氧吸附导致电学性能下降及SnO2薄膜难以刻蚀等问题极大的限制了两种薄膜的应用范围。因此，为了拓宽薄膜的应用领域、集成ZnO和SnO2薄膜二者的优点，论文研究制备了ZnO@SnO2包覆透明导电薄膜，这将有利于进一步提高透明导电薄膜的研究和应用。 本论文以溶胶—凝胶法为基础，采用二步成胶工艺制备ZnO@SnO2包覆结构粉体和透明导电薄膜，并对Al、Sb微量掺杂ZnO@SnO2透明导电薄膜进行了探索研究。论文首先以溶胶体的相关性质为依据，阐述了二步成胶工艺原理及ZnO@SnO2包覆机理。其次，结合XRD、XPS测试对ZnO@SnO2粉体包覆结构进行分析，结果表明SnO2通过与ZnO发生键合反应生成Sn—O—Zn化学键而实现包覆，且在Zn/Sn为8/12、退火温度为550℃时包覆效果较好。第三，应用正交设计思想，结合XRD、AFM、SEM、四探针仪和可见光分光计等对所制备ZnO@SnO2透明导电薄膜结构和光电性能分析结果进行工艺条件的优化，结果表明具有高透过率、低方块电阻的ZnO@SnO2透明导电薄膜的优化工艺条件为：Zn/Sn摩尔比为9/12、老化时差为28h、薄膜厚度为7层、退火温度为500℃，其中二次成胶时溶胶老化时间为12h；同时论文还讨论了Zn/Sn摩尔比、退火温度、薄膜厚度对薄膜透明导电性能的影响并分析相关机理，结果表明ZnO@SnO2透明导电薄膜在优化工艺条件下可见光透过率达83％；方块电阻为112Ω/□。最后对Al、Sb微量掺杂进行了初步的实验研究，结果表明Al掺杂浓度为2at％时薄膜方块电阻为98Ω/□，可见光平均透过率为84％；Sb掺杂浓度为3at％时薄膜可见光透过率达到75％，方块电阻为97Ω/□。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1透明导电薄膜研究现状

1.1.1透明导电薄膜简介

1.1.2 ZnO和SnO2基透明导电薄膜的研究现状

1.1.3 ZnO-SnO2基透明导电薄膜研究现状

1.2透明导电薄膜的制备方法介绍

1.2.1磁控溅射法

1.2.2喷雾热解法

1.2.3金属有机物化学气相沉积

1.2.4脉冲激光沉积法

1.2.5溶胶—凝胶法

1.3材料表面修饰技术

1.3.1核壳包覆结构介绍

1.3.2核壳包覆结构制备方法

1.3.3 ZnO基表面修饰

1.4本论文的研究内容

第二章溶胶-凝胶法的制备机理及二步成胶工艺介绍

2.1溶胶-凝胶法概述及制膜机理

2.1.1溶胶-凝胶法的基本原理

2.1.2溶胶-凝胶法的工艺过程

2.1.3溶胶-凝胶法的特点

2.2溶胶-凝胶法制备薄膜的方法

2.2.1旋转涂敷法

2.2.2浸渍提拉法

2.3二步成胶工艺

2.3.1溶胶介绍

2.3.2二步成胶工艺原理

2.4 ZnO@SnO2粉体、薄膜形成机理

2.5 ZnO@SnO2样品的制备过程

2.5.1实验设备及主要原料

2.5.2 ZnO@SnO2样品制备工艺流程

2.5.3透明导电薄膜及包覆结构的表征方法

第三章ZnO@SnO2粉体包覆结构的表征分析

3.1 ZnO@SnO2粉体X射线衍射分析

3.2.ZnO@SnO2粉体包覆结构XPS分析

3.2.1成分及含量

3.2.2成键分析

3.2.3包覆量分析

3.3退火温度对粉体结构及成键的影响

3.3.1不同退火温度下粉体XRD分析

3.3.2退火温度对包覆性能的影响

3.4本章小结

第四章ZnO@SnO2透明导电薄膜正交实验设计及分析

4.1实验

4.2正交实验制备ZnO@SnO2薄膜

4.2.1选取因素及水平

4.2.2确定正交实验表

4.3结果与讨论

4.3.1 X射线衍射分析

4.3.2正交实验数据分析

4.4 ZnO@SnO2薄膜的结构及表面形貌分析

4.4.1退火温度对ZnO@SnO2薄膜结构的影响

4.4.2退火温度对ZnO@SnO2薄膜表面形貌的影响

4.4.3二次成胶后溶胶粘度对ZnO@SnO2薄膜形貌的影响

4.5 ZnO@SnO2薄膜光学性能分析

4.5.1 Zn/Sn摩尔比对ZnO@SnO2薄膜光学性能的影响

4.5.2退火温度对ZnO@SnO2薄膜光学性能的影响

4.5.3薄膜厚度对ZnO@SnO2薄膜光学性能的影响

4.6.ZnO@SnO2薄膜电学性能分析

4.6.1.Zn/Sn摩尔配比对ZnO@SnO2薄膜电学性能影响

4.6.2退火温度对ZnO@SnO2薄膜电学性能影响

4.6.3薄膜厚度对ZnO@SnO2薄膜电学性能的影响

4.7本章小结

第五章掺杂ZnO@SnO2薄膜透明导电性能的研究

5.1掺Al对ZnO@SnO2透明导电薄膜性能的影响

5.1.1实验

5.1.2结果与讨论

5.2掺Sb对ZnO@SnO2透明导电薄膜性能的影响

5.2.1实验

5.2.2结果与讨论

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢