1、本科毕业设计（20届）透明导电薄膜用SB掺杂SNO2光电特性研究所在学院专业班级电子信息科学与技术学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要【摘要】本文主要介绍了ATOANTIMONYDOPEDTINOXIDE，薄膜的应用背景、研究现状、存在问题以及将来的发展趋势，概括了ATO薄膜现有的制备方法和研究成果，特别是ATO的制备工艺条件对薄膜的紫外可见光透过率以及电阻率的影响。通过X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、紫外可见分光光度仪UVVISSPECTROMETER对样品的晶体结构、形貌、光学带隙进行了表征。利用丝网印刷方法制备了ATO薄膜气敏元件，并进行了气敏性能测试。【关键词】二
2、氧化锡；掺杂量的影响；水热法；光电特性。IIABSTRACT【ABSTRACT】INTHISPAPER，THEAPPLICATIONBACKGROUND,CURRENTSTATUS,PROBLEMSANDFUTURETRENDSOFATOANTIMONYDOPEDTINOXIDEFILMWEREINTRODUCEDINADDITIONWEALSOSUMMARIZETHEEXISTINGPREPARATIONMETHODSANDRESEARCHRESULTSOFATOFILM,ESPECIALLYTHEEFFECTOFPREPARATIONCONDITIONSOFATOTHINFILMONTHE
3、UVVISLIGHTTRANSMITTANCEANDRESISTIVITYBYTHEXRD,SEM,UVVISSPECTROMETER,THECRYSTALSTRUCTUREMORPHOLOGY,OPTICALBANDGAPOFTHESAMPLESWERECHARACTERIZEDTHEN,ATOFILMGASSENSORWASPREPAREDBYSCREENPRINTINGMETHOD,ANDUSEDTOTESTTHEGASSENSINGPROPERTIES【KEYWORDS】SNO2THEIMPACTOFSBDOPINGHYDROTHERMALMETHODOPTICALANDELECTRI
4、CALPROPERTIESIII目录摘要IABSTRACTII目录III1绪论111课题背景1111透明导电膜简介1112SNO2简介2113锑掺杂SNO2特性概述312SB掺杂SNO2粉体及薄膜制备方法概述4121SB掺杂SNO2粉体制备方法4122SB掺杂SNO2薄膜制备方法513本课题的主要任务及研究目标62实验过程721材料的制备7211水热法制备粉末7212粉末的离心烘干922测试性能9221XRD测试9222扫描电镜测试10223紫外可见光透过率测试11224气敏性能测试1223实验数据的记录及对比分析14231XRD数据分析14232SEM数据分析15233UVVIS数据分析17
5、234气敏性数据分析203总结22参考文献23致谢错误未定义书签。11绪论11课题背景近年来，随着科技的进一步发展，太阳能电池，高分辨率，大尺寸平面显示器，节能红外反射膜等广泛应用，对透明导电膜的需求越来越大。透明导电膜主要用于透明电极、屏幕显示、热反射镜、透明表面发热器、柔性发光器件、液晶显示器等领域。这就要求透明导电膜不但要有好的导电性，还要有优良的可见光透光性。根据材料的不同，透明导电膜可分为金属透明导电薄膜，氧化物透明导电膜、非氧化物透明导电薄膜及高分子透明导电薄膜。当前，氧化物及其复合氧化物薄膜的研究十分引人关注。本课题主要研究的是SB掺杂SNO2（简称ATO）体系。在氧化物透明导电
6、膜中SNO2因其优良的光电性能而被广泛应用于透明导电、固态气体传感器及催化等领域，成为较早获得商业应用的透明导电材料之一。SNO2是透明N型宽禁带半导体材料，其EG36EV（300K）1，纯SNO2的电阻率通常较高，其载流子浓度由氧空位决定。111透明导电膜简介透明导电氧化物薄膜（TCO）在可见区（380780NM）有较高的透光率（T大于80），并且具有优良的导电性，电阻率最低可以达到107M数量级，优异的光电性能使其在光电器件中具有广泛的应用，如平面液晶太阳能电池、显示器（LCD）、节能视窗、气体敏感器件、汽车防雾玻璃等。最早的透明导电氧化物薄膜CDO由BADEKER于1907年首次制成，从
7、此开始了氧化物透明导电膜的研究2，SNO2基膜最早出现在20世纪50年代3。TCO的2个主要参数是透光率和导电率。从物理学角度看，二者是一对矛盾，为了使材料具有通常所描述的导电性，就必须使其费米球的中心偏离动量空间原点，也就是说，按照能带理论在费米球及附近的能级分布很密集，被电子占据的能级和空能级之间能隙很小，这样当有入射光进入时，很容易产生内光电效应，光由于激发电子失掉能量而衰减。所以，从透光性的角度不希望产生内光电效应。就要求禁带宽度必须大于光子能量。宽带透明导电氧化物半导体，要保持良好的可见光透光性，其等离子频率必须要小于可见光频率，而要保持一定的导电性就需要一定的载流子浓度，故离子频率
8、与载流子浓度要成一定比例。TCO的禁带宽度大于可见光子能量，在可见光照射下不能引起本征激发，从而对可见光透明。另一方面，透明导电氧化物薄膜的导电性能主要是通过掺杂和氧空位来提高，其低电阻率特性由载流子浓度决定。透明导电膜材料已开发出以氧化物半导体基、金属基为主的种种材料。膜厚小于20NM时，金属的反射率和吸收率降低，同时透射率得到提高。因此，金属薄膜也可以当作透明导电膜使用，这2时的膜厚度515NM。为了增加膜厚和提高光透射率，一般在金属透明导电膜上，使用下层膜/金属模/上层膜三层结构的多次膜。但是，这种膜持久性并不好。与金属膜一样，有些氮化物膜或硼化物薄膜也具有导电性。为了提高透射率，使用三
9、层结构，它的持久性高。透明导电膜的制备方法有多种物理化学方法。根据制备材料以及使用目的选择其制备方法。作为供体，有渗杂离子和氧亏损两种。氧亏损是靠控制镀膜时的氧含量导入。利用真空的物理法比化学法可以精密控制氧含量而易导入氧亏损，因此更适介形成低电阻的膜。化学的方法一般可以在大气下进行，其设备费用低廉，可以高速镀膜在大面积基板上。然而与物理方法相比膜厚均匀性差而电阻率高。喷射法是在加热到约400的玻璃基板上，靠加水分解INCL3、SNCL3或热分解INC5H7O2制膜。涂敷法虽不能制备高性能的膜，但是一种简单而低成本的方法。CVD法是使用以SNCH34为主的各种原料在真空下或一般大气压下进行。因
10、为它可以制备膜质量和膜均匀性均优良的膜，今后着重进行大面积化的改进。物理方法是利用真空装置进行。虽然其设备费用较高但可以制作膜质量和膜厚均匀性优良的高性能膜。真空蒸镀法与溅射法相比，因侵蚀性能好而能得到低电阻的膜，故初期广泛使用。但是，最近溅射法得到改进，能得到超过蒸镀法的膜性能。溅射法既能均匀镀膜在大面积上又能在线连续运转，还能把SIO2、CR、AL等材料连续镀膜，因此广泛使用。112SNO2简介纳米SNO2是一种典型的N型半导体材料，其EG36EV（300K），是白色、淡灰色或淡黄色六方、斜方或四方晶系粉末，在空气中加热时稳定。在自然界中以锡石存在。结晶成金红石型结构，其中锡六配位，氧为三
11、配位。不溶于水、王水和醇，溶于碱金属氢氧化物溶液中生成锡酸盐，也可溶于酸中，因此为两性氧化物。有导电性能。具有优良的光电性能和气敏性能，在气敏元件、湿敏元件、薄膜电阻器、光电子器件、吸波材料、电极材料及太阳能电池等方面有着广泛的应用前景。SNO2是一种广谱型的气敏材料。当N型半导体SNO2器件放置于空气中时，表面会发生一系列反应，如活性点的吸附反应、催化反应及颗粒边界或三相界面的相反应。氧与水分吸附在半导体表面时，从半导体表面获得电子，形成负电荷。当器件与还原性气体接触时，与氧反应从而提供电子，使表面载流子浓度增大，电导增大，产生气敏响应。图11SNO2分子结构SNO2是一种重要的宽能级半导体
12、金属氧化物，有着独特的光学、电学性能，目前已经应用到太3阳能电池。电极材料、气体传感器、场效应管等诸多领域，受到了国内外科学家的广泛关注。气敏性是SNO2的一个十分重要的特性，目前传感器技术已经广泛应用到国民经济的各个领域，各种气体传感器在工业生产自动化、矿山生产、环境保护、航空航天等领域都发挥重要作用由于近年人类的日常生活与周围环境的联系日益紧密，环境气氛的成份和变化对人类生存产生极大影响，可燃性气体泄露会引起爆炸和火灾，使人的生命和财产遭受巨大的损失、因此，高性能气体传感器的研制和开发成为国内外研究的热点，SNO2半导体气敏传感器以其体积小、耗电低、灵敏度高的优点已成为一种重点研究的传感器
13、。目前，SNO2气体传感器主要有烧结型、薄膜型、厚膜型三种。这其中工艺简单、灵敏度高的烧结型成为商品的主流。作为应用广泛的气敏材料，SNO2有以下特点1、SNO2性能稳定，抗腐蚀性强；2、机械性能好；3、成本较低；4、对气体检测具有可逆性，吸附、脱附时间短，能够长时间连续使用；5、电阻浓度变化明显。因此以SNO2为主体材料制成的气体传感器，在金属氧化物半导体电阻式气体传感器中处于中心地位。在气敏传感器件中可以做CO，H2，CH4，H2S，SO2，C2H4等各种气敏传感器4。作为光学材料，由于二氧化锡是一种宽带隙半导体材料，禁带宽度3640EV，具有对可见光透光性好、紫外吸收系数大、电阻率低的特
14、点。SNO2在光学敏感器件中，可以做减反射层。选择性透过材料等。随着微电子工业的迅速发展，应用于集成电路和新能源方面的电子元件研究受到广泛关注，但是电源微型化的开发相对滞后严重限制了电子元件的小型化，因此，具有可充放特性的微型电池的研究尤其重要。作为半导体氧化物的典型代表SNO2，导电率接近金属，并具有良好的导电特性，所以广泛应用作薄膜太阳能电池的电极。相比于普通的石墨阳极材料，SNO2薄膜的理论体积大小是石墨的4倍，并且质量是其2倍，因此，SNO2薄膜被认为是当今微型薄膜电池正极的最佳材料5。SNO2薄膜是一种宽带隙N型半导体，载流子主要是通过氧空位非化学计量比偏离来实现，载流子浓度，薄膜的
15、电阻率，霍尔迁移率，可见光透射率主要由薄膜的微观结构决定。研究发现，SNO2薄膜的电阻率随着薄膜厚度的增加而减小。在可见光波长范围内紫外可见光透过率随着薄膜厚度的增加而减少。113锑掺杂SNO2特性概述目前应用最广的透明氧化物导电膜是锡掺杂铟氧化物，也就是ITO薄膜，它具有透光率高，导电性好，硬度高等优点，在不同的光电器件中应用较广。但是由于铟是稀有元素，量少且价格昂贵。并且ITO应用于太阳能电池中时存在一个问题，等离子体不够稳定。随着市场发展的需求，锑掺杂氧化锡薄膜即ATO作为一种新型透明导电膜受到各界的重视。ATO具有电阻率低，光透过率高以及化学稳定性强的特点，目前在液晶显示器，透明电极，
16、太阳能电池等领域发挥着重大作用；ATO4还有一个重大特性就是红外区段的高反射率。热辐射的波谱包括波长从100100000NM的所有电磁波，其中大部分能量位于红外区段的78020000NM范围当中，ATO薄膜能反射掉大部分的热辐射能量，所以可以用于热反射镜，节能视窗，玻璃幕墙等领域中，在电子器件的应用中可避免吸收过多的能量而造成升温过快、过高，从而达到节能的效果4。12SB掺杂SNO2粉体及薄膜制备方法概述本课题利用水热法制备不同锑掺杂量的SNO2纳米粉体，表征SB/SNO2的微结构及相应粉体和薄膜的光电特性，探索用该湿化学方法制备的不同锑掺杂量的SNO2在透明导电薄膜中的应用。通过改变掺杂量。
17、以达到制备出不同SB/SNO2粉体进而进行进一步研究的目的。121SB掺杂SNO2粉体制备方法总体来说ATO薄膜制备方法可以分为湿化学方法成膜和物理方法成膜湿化学方法可以分为两步1前驱体溶胶或分散液的制备包括溶胶凝胶法、共沉淀法、水热合成法等；2成膜方法包括提拉，喷涂，旋涂、丝网印刷；物理方法成膜的典型代表磁控溅射，PECVD等离子体增强化学气相沉积法。A溶胶凝胶法溶胶凝胶法简称SOLGEL法，是以金属有机化合物或无机化合物溶液为原料，经水解、缩合反应生成溶液中显示分散流动性的亚微米超微粒溶胶，再将其与超微粒结合，形成外表层固化凝胶，进而加热形成固体的技术。目前有两种较为常用的方法。一种通过锡
18、的醇盐的水解聚合形成溶胶。这种方法避免了杂质的引入但前驱体成本较高且溶胶的稳定性不够好。另一种方法是由SNCL4H2O或SNCL22H2O及掺杂SB盐醇溶液加入碱生成沉淀，然后通过胶溶作用成为前驱体溶胶，再由该溶胶成膜6。溶胶凝胶法具有组分均匀、成本低廉、可大面积成膜等优点7,但是也仍然存在缺点，所制得的薄膜电阻率较高使得薄膜的远红外反射率很低，还不能应用于低辐射镀膜玻璃8。B共沉淀法沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合液中加人适当的沉淀剂制备前驱体沉淀物,再将沉淀物进行干燥或锻烧，从而制得相应的粉体颗粒。共沉淀法是指在溶液中含有两种或多种阳离子，它们以均相存在于溶液中，加
19、入沉淀剂，经沉淀反应后，可得到各种成分的均一的沉淀，它是制备含有两种或两种以上金属元素的复合氧化物超细粉体的重要方法910。目前共沉淀法制备指出了存在的几点不足1由于SB3和SN4的离子水解不同步，使得最终制得的ATO粉末未能实现真正意义上的完全均匀掺杂。2制备成本较高，并易排放大量废液。3SNCL4H2O和SBCL3在常态下均易潮解和挥发，难以准确计量5C水热合成法水热法是指在密闭体系中，以水为溶剂，在一定温度和水的自身压强下，原始混合物进行反应制备微粉的方法。由于在高温、高压水热条件下，特别是当温度超过水的临界温度和临界压力时，水处于超临界状态，物质在水中的物性与化学反应性能均发生很大变化
20、。一些热力学分析可能发生的，在常温常压下受动力学的影响进行缓慢的反应，在水热条件下变得可行9。122SB掺杂SNO2薄膜制备方法总体来说ATO薄膜制备方法可以分为湿化学方法成膜和物理方法成膜湿化学方法可以分为两步1前驱体溶胶或分散液的制备包括溶胶凝胶法、共沉淀法、水热合成法等；2成膜方法包括提拉，喷涂，旋涂、丝网印刷；物理方法成膜的典型代表磁控溅射，PECVD等离子体增强化学气相沉积法。A浸渍提拉法浸渍提拉法又称浸镀法。就是将预处理的基片浸入到制备好的溶胶中，然后以一定精确控制的均匀速率将基板平稳地从溶胶中提拉出来，在黏度和重力作用下基板表面形成一层均匀的液膜，紧接着溶剂迅速蒸发，于是附着在基
21、板表面的溶胶迅速凝胶化而形成一层凝胶膜。基片经干燥、热处理得到无机介孔膜，薄膜的厚度取决于溶胶的浓度、黏度和提拉速率9。B喷雾热解法图12喷雾热解装置示意图实验采用载玻片作为基板，基板在使用前用重铬酸钾浓硫酸洗液浸泡，用去离子水和无水乙醇清洗。实验所采用的喷雾热解成膜装置如图所示。在实验中，先驱体溶液由蠕动泵抽出经控制系统进入喷头内与空气压缩机压入的空气混合雾化形成小液滴，喷向反应器内预先加热的基板，热解后的废气由抽风机排走。具有设备简单、成本低、制备样品快等优点，而且所镀膜层与基板结合牢固，被认为是用于制备各种氧化物薄膜的有效方法10。6C旋涂法旋涂法是在匀胶机上进行，将基板水平固定于匀胶机
22、上，滴管垂直于基板并固定在基板正上方，将预先准备好的溶胶溶液通过滴管滴在匀速旋转的基板上，在匀胶机旋转产生的离心力作用下，使溶胶分布在基片上并迅速均匀铺展在基板表面。利用旋涂法制得的介孔膜可能会有宏观裂纹产生9。D磁控溅射法磁控溅射法采用直流或射频磁控溅射仪，直接利用金属或氧化物靶材，在衬底上淀积薄膜。典型的衬底材料有玻璃、硅片、PPA有机衬底等11。溅射过程中对衬底进行适当加热，设定好一定的基础真空压强，配以高纯氩和氧作为溅射气体进行实验。陈甲林等人研究发现，PPA有机衬底SNO2SB透明导电膜平均透过率达到了83以上，薄膜的光学带隙在36839EV范围内随薄膜厚度的降低而略有增大12。此种
23、方法制备出来的薄膜具有有很多优点，可广泛应用于胶片式太阳能电池、塑料液晶显示器和柔性透明电磁屏蔽材料等13。EPECVD法PECVD全称等离子体增强化学气相沉积法。为了使化学反应能在较低的温度下进行，利用了等离子体的活性来促进反应。化学气相沉积法是制备各种薄膜材料的一种重要和普遍使用的技术，利用该技术可以再各种基片上制备元素及化合物薄膜。化学气相沉积法相对于其他薄膜沉积技术具有许多优点基本温度低；沉积速率快；成膜质量好，针孔较少，不易龟裂。同时存在一定的缺点1设备投资大、成本高，对气体的纯度要求高；2涂层过程中产生的剧烈噪音、强光辐射、有害气体、金属蒸汽粉尘等对人体有害；3对小孔孔径内表面难以
24、涂层等。丁尔峰小组以SBCL3作为主要掺杂剂，采用USPCVD法制膜，当成膜温度为450，厚度为330NM左右，SB与SN的原子比浓度为8时方块电阻最低，薄膜的载流子浓度在1020量级上电阻率在SB的掺杂浓度为8时最低为220103CM相应的迁移率和电导率最高。在波长小于600NM时薄膜的折射率随着波长的增加而减小。在600NM上掺杂浓度为1时候，薄膜的折射率依然随着波长的增加而降低但是在掺杂浓度超过3时，折射率基本上与波长无关14。13本课题的主要任务及研究目标（1）利用水热法制备不同锑掺杂量的SNO2纳米粉体，研究掺杂量、PH值、反应条件等对SNO2纳米粒子结晶状态、形貌和性能的影响；（2
25、）分析掺杂元素锑在SNO2纳米产物中的表面化学特性；（3）分析研究不同SB/SNO2薄膜的光学和电学特性。72实验过程21材料的制备211水热法制备粉末表列出化学制备原料如下。表21分子式英文名称纯度生产厂家SNCL22H2OTIN（）CHLORIDE分析纯国药集团化学试剂有限公司NAOHSOLIUMHYDROXIDE分析纯国药集团化学试剂有限公司SBCL3ANTIMONY（）CHLORIDE分析纯国药集团化学试剂有限公司图21掺杂SNO2纳米粉体制备流程图图21给出了掺杂SNO2纳米粉体制备流程图。按照合成体系的不同元素比例称量化学原料，配制溶液将SNCL2溶解到20ML乙醇溶液中，然后搅拌
26、直至形成白色悬浮液（06MOL/L）；配制需8要掺杂的SBCL3溶液；配制05MOL/L的NAOH溶液50ML。在磁力搅拌下，SBCL3溶液逐滴加至锡盐溶液中，然后再搅拌1020分钟。之后再均匀加入NAOH溶液直至PH为1012之间，然后再搅拌半个小时，形成前驱体溶液。将配制好的前驱体溶液转移至水热反应釜中，在180C的条件下水热处理12H，然后自然冷却至室温。水热处理部分结束，至此得到沉淀物。下图是本课题制备得到的样品。表22样品号1234SNCL2乙醇溶液06MOL/L，20ML06MOL/L，20ML06MOL/L，20ML06MOL/L，20MLNAOH溶液05MOL/L，50ML05
27、MOL/L，50ML05MOL/L，50ML05MOL/L，50MLSB/SN摩尔比000500250060010产物颜色淡灰色粉末灰色粉末灰色粉末灰色粉末9212粉末的离心烘干将反应釜上层清液倒掉，用离心管盛放所剩余溶液，移至离心机处理。设置条件，转速8000转，周期15分钟进行离心。共进行5次离心洗涤，前三次洗涤使用去离子，后两次洗涤使用无水乙醇。将洗涤完毕的产物放入烘箱，设置温度6070，将沉淀物烘干45个小时，即为所需产物SB掺杂SNO2。22测试性能221XRD测试图22XRD多晶X射线衍射仪XRAYDIFFRACTOMETERXRD是研究材料的物相组成、晶体的结构类型和晶体学数据的
28、重要方法之一，被广泛地应用在物质的结构分析之中。其基本原理是将一束电子在高压下加速，使其轰击一金属靶（如铜靶）。高能电子使靶中原子的内壳层电子（K电子）激发，处在外轨道上的电子便会跃迁到该电子原先所处的轨道，同时辐射出特征X射线。经滤波之后的X射线照射在样品上，当X射线的波长和样品晶面间距相近时便会发生衍射，即满足布拉格衍射条件2DSINN，便会产生衍射极大，也就决定衍射峰的峰位。因此，每种晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子分布规律。概括地讲，一个衍射花样的特征可以认为由两个方面组成，一方面是衍射线在空间的分布规律（称为衍射几何），另一方面是衍射线束的强度。衍射线的分布规律是由晶胞的大
29、小、形状和位向决定的，而衍射线的强度则取决于原子在晶胞中的位置、数量和种类。我们可以通过X射线衍射峰的位置（值）和衍射图样并结合X射线衍射卡片来确定样品的晶体结构和晶格常数。另外，利用XRD衍射谱可确定晶粒尺寸。当晶粒尺寸小于104CM时，其衍射峰的宽度随晶粒尺寸的变小而宽化显著，其晶10粒大小常用SCHERRER公式估计DHKLK/B1/2COS,式中DHKL晶粒大小（沿晶面垂直方向），K是SCHERRER常数（数值089），X射线波长，B1/2半峰宽度（FWHM），单位弧度，布拉格角。精确的误差计算很困难的，因为有多种因素如仪器光路，试样的吸收效应和结构状况等会影响衍射强度及其线性。光路计
30、算表明，衍射线剖面额外宽化小于004，如此程度的额外宽化足以限制可分析极限。如果将01作为半高宽度带入SCHERRER公式，算得晶粒尺寸约为100NM，不可能得到较高的准确度，于是可知，平均晶粒尺寸（小于30NM）愈小，结果的可信度愈高。另外，根据XRD衍射谱测试数据和六方晶系晶面间距公式，可计算相关晶格参数2222AD43AHHKKLC我们主要通过XRAY衍射仪（XRD）测试靶材的物相组成、根据上述公式计算晶体点阵常数和晶体结构等情况。我们使用的XRAY衍射仪是德国布鲁克公司/BRUKERAXS生产的。XRD多晶X射线衍射仪XRAYDIFFRACTOMETER222扫描电镜测试图23场发射扫
31、描电镜FIELDEMISSIONSCANNINGELECTRONMICROSCOPE场发射扫描电镜FIELDEMISSIONSCANNINGELECTRONMICROSCOPE，SEM是进行样品表面形貌分析。其原理是利用细聚焦电子束在样品表面扫描，激发出各种物理信号（如背散射电子、二次电子、透射电子等），采用闪烁计数器进行检测。信号进入闪烁体后即引起，当离子和自由电子复合后就产生可见光。可见光信号通过光导管送入光电倍增器，光信号放大，即又转换为电流信号输出，电流信号经视频放大器放大后就成为调制信号。由于镜筒中的电子束与显像管中的电子束是同步扫描11的，而荧光屏上每一点的亮度是根据样品上被激发出
32、来的信号强度来调制的，因此样品上各点的状态各不相同，所接收到的信号也不同，于是就可以在显像管上看到一幅反应样品各点状态的扫描电子显微图像。对于电子枪，以前一直使用LAB2灯丝，近年来开发出了可以得到更小电子探针直径的场发射电子枪，图像分辨率可达到1NM。对于成像而言，通常观察到的SEM图像点的部分对应于放出二次电子多的区域；当试样中存在边或者棱的部分时，边或者棱放出的二次电子的几率较其他地方明显地高（称为边缘效应），观察到的区域较亮。我们使用的扫描电子显微镜（SCANNINGELECTRONICMICROSCOPY,SEM）用于观察SNO2靶材表面形貌及断面形貌。223紫外可见光透过率测试图2
33、4紫外/可见光光度仪UV/VISSPECTROMETER它是利用物质的分子或离子对某一波长范围的吸收作用，对物质进行定性分析、定量分析以及结构分析，所依据的光谱是分子或者离子吸收入射光中特定波长的光而产生的吸收光谱。一组吸收随波长而变化的光谱，反应了试样的特征，在紫外可见光的范围内，对于一个特定的波长，吸收的程度正比于试样中该成分的浓度，因此测量光谱可以进行定性分析，而且根据吸收与已知浓度的标样的比较，还能进行定量分析。特点紫外可见光谱仪涉及的波长范围是0208微米。通常用在纯度检查、物质鉴定、有机分子结构研究方面。在定量方面，可测定结构比较复杂的化合物和混合物种各组分的含量，也可以测定物质的
34、离解常数，络合物的稳定常数物质分子量鉴别和微量滴定中指示重点以及在高效液相色谱中作检测器等。12图25紫外/可见光光度仪原理示意图224气敏性能测试制得样品气敏性能测试具体流程如下将一定量所得粉体加入玛瑙研钵中，同时加入适量松油醇，湿磨约10MIN调制成浆料。将浆料刷于基片上制成厚膜，放入烘箱内加以650进行煅烧2H，再用银粉调制的导电浆料用铂丝覆于电极上。再放入烘箱内以350烘干1H，用万用表测电阻，最后再置于气敏测试平台进行气敏测试。以下为气敏测试流程图和气敏测试原理图。图26气敏测试流程图13图27气敏测试原理图1423实验数据的记录及对比分析231XRD数据分析图28不同SB掺杂浓度的
35、SNO2的XRD图谱图28是不同SB掺杂浓度的SNO2的XRD图谱，SB/SN的摩尔比分别为05，25，6，10。由图可见，SB掺杂浓度为05，25，6时，各衍射峰都归属于金红石相SNO2，没有出现SB相关的其他特征峰，说明SB的掺杂没改变SNO2的结构，结构仍然为纯的四方晶系金红石结构。10SB掺杂的SNO2出现了杂峰，经对比验证得出杂质衍射峰对应锑酸钠，化学式为NASBO3。通过谢乐公式DC089/BCOS为X射线波长,B为衍射峰半高宽,为衍射角。计算得出，4个样品的平均晶粒尺寸依次为785NM，78NM，77NM，43NM。由此可以得出结论，随着SB掺杂浓度的逐渐上升，样品的平均晶粒尺寸
36、逐渐减少。15232SEM数据分析图2925SB掺杂SNO2放大两万倍的SEM图图21025SB掺杂SNO2放大十二万倍的SEM图以上俩图是25SB掺杂SNO2的扫描电镜测试图，第一张图是放大2万倍的条件下得到的图像，可以看出，25SB掺杂SNO2表现出球状形貌，从图中破碎的球可以看到其空心特征。第二张图是放大12万倍的条件下得到的单个球表面图像，可以看出，空心球是由纳米粒子组成的。16图2116SB掺杂SNO2放大两万倍的SEM图图2126SB掺杂SNO2放大十万倍的SEM图以上俩图是6SB掺杂SNO2的扫描电镜测试图，第一张图是在放大2万倍的条件下得到的图像，可以看出，6SB掺杂SNO2有
37、两种形貌，从图中大球可以看出其核壳特征；从图中团聚体可以看出不规则的特征。第二张图是放大10万倍的条件下得到的单个球表面图像，可以看出，核壳球是由纳米粒子组成的。17233UVVIS数据分析图213不同SB掺杂紫外可见光吸收图谱图213表示的是不同SB掺杂浓度的SNO2的紫外可见光吸收图谱，SB/SN的摩尔比分别为05，25，6，10。通过公式HV1024/可以算出HV，再通过制图可算得光学带隙。图21405SB掺杂SNO2的UVVIS谱图18图214是05SB掺杂SNO2的UVVIS谱图，通过计算可知光学带隙EG为393EV。图21525SB掺杂SNO2的UVVIS谱图图215是25SB掺杂
38、SNO2的UVVIS谱图，通过计算可知光学带隙EG为350EV。图2166SB掺杂SNO2的UVVIS谱图19图216是6SB掺杂SNO2的UVVIS谱图，通过计算可知光学带隙EG为237EV。图21710SB掺杂SNO2的UVVIS谱图图217是10SB掺杂SNO2的UVVIS谱图，通过计算可知光学带隙EG为233EV。未掺杂SNO2的光学能隙为36EV，随着掺杂度的增大光学能隙有减小的趋势，掺杂浓度为10时为233EV左右。这可以认为是由于高掺杂的SB使施主能级在SNO2导带底展宽为杂质能带，并与导带相连形成新的简并导带，带尾伸入禁带，结果使得SNO2禁带宽度变小所致。20234气敏性数据
39、分析图21805SB掺杂SNO2在350条件下的气敏特性图2196SB掺杂SNO2在350条件下的气敏特性上图分别为05SB掺杂SNO2和6SB掺杂SNO2的样品在350条件下的气敏特性。坐标横轴21是时间，纵轴是电阻大小。本实验是采用450MV恒定电压下观察在空气的环境下以及499PPM的NO（N2为载气）的气氛下观察电流变化。由此可以得出结论，350时，掺SB/SNO2已经发生变化，气敏性能不稳定。综合各方面因素可以得出掺SB/SNO2在350下对其进行气敏性测试比较理想。曲线的前半段由于基片温度逐渐上升导致电阻逐渐上升，在通入还原性气体之后，电阻大幅度下降，是由于还原性气体NO与半导体主
40、要是金属氧化物表面接触时产生的电导率等物性的变化来检测气体。半导体气敏器件被加热到稳定状态下，当气体接触器件表面而被吸附时，吸附分子首先在表面自由地扩散物理吸附，失去其运动能量，其间的一部分分子蒸发,残留分子产生热分解而固定在吸附处化学吸附。由图计算材料的灵敏度，灵敏度定义为SRA/RG,RA和RG分别表示材料在空气中和在还原性气体中的电阻值，本论文中为在空气与NO中的电阻值。在350条件下，05SB掺杂SNO2材料灵敏度为456，响应时间为49S，6SB掺杂SNO2材料的灵敏度为453，响应时间为82S。223总结本文利用水热法制备不同掺杂量的SNO2纳米粉体，研究掺杂量、PH值、反应条件、
41、溶剂等条件对SNO2纳米粒子结晶状态、形貌和性能的影响。表征SB/SNO2的微结构及相应粉体和薄膜的光电特性，探索用该湿化学方法制备的不同锑掺杂量的SNO2在透明导电薄膜中的应用。利用水热法制备出不同浓度的掺SB/SNO2粉末。SB/SN分别为05；25；6；10AT。利用利用XRD多晶X射线衍射仪、场发射扫描电镜（SEM），紫外可见光分光光度仪（UVVIS），气敏性测试对粉末的性能进行了测量，分析材料的相结构、微结构、透光率、气敏性。得到了以下结论（1）SB掺杂浓度为05，25，6时，各衍射峰都归属于金红石相SNO2，没有出现SB相关的其他特征峰，说明SB的掺杂没改变SNO2的结构，结构仍然
42、为纯的四方晶系金红石结构。同时可以从图中看出，薄膜在110，101和211出现衍射峰，其中110，101晶面衍射峰既强又尖锐，晶体沿101峰择优取向，说明晶体结晶程度很高。且随着SB掺杂浓度的逐渐上升，样品的平均晶粒尺寸逐渐减少。10SB掺杂的SNO2出现了杂峰，经对比验证得出杂质衍射峰对应锑酸钠，化学式为NASBO3。（2）由SEM图可以看出，25SB掺杂SNO2表现出球状形貌，从图中破碎的球可以看到其空心特征。同时可以看出，空心球是由纳米粒子组成的。6SB掺杂SNO2有两种形貌，从图中大球可以看出其核壳特征；从图中团聚体可以看出不规则的特征。同似乎可以看出，核壳球是由纳米粒子组成的。（3）
43、高掺杂的SB使施主能级在SNO2导带底展宽为杂质能带，并与导带相连形成新的简并导带，带尾伸入禁带，结果导致SNO2禁带宽度变小。（4）350时，掺SB/SNO2已经发生变化，气敏性能不稳定。综合各方面因素可以得出掺SB/SNO2在350下对其进行气敏性测试比较理想。基片温度逐渐上升导致电阻逐渐上升，在通入还原性气体之后，电阻大幅度下降，是由于还原性气体NO与基片表面接触时产生的电导率等物性的变化来检测气体。基片被加热到稳定状态下，当基片表面而被吸附时，吸附分子首先在表面自由地扩散物理吸附，失去其运动能量，其间的一部分分子蒸发,残留分子产生热分解而固定在吸附处化学吸附。23参考文献1郭玉忠,王剑
44、华,黄瑞安,王贵青掺杂SNO2透明导电薄膜电学及光学性能研究J无机材料学报,2002,1711311382赵谢群透明导电氧化物薄膜研究现状与产业化进展J电子元件与材料,2000,19140413CORDONRGPREPARATIONANDPROPERTIESOFTRANSPARENTCONDUCTORSJMATRESSOCSYMPROC,1996,4264194244王银玲,徐雪青,徐刚,何新华锑掺杂纳米SNO2透明导电薄膜的制备和性能研究J光学仪器,2008,30368725王磊,杜军,毛昌辉,杨志明,熊玉华SNO2导电薄膜性能研究J表面技术,2005,34532346吴春春,杨辉,陆文伟S
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