1、毕业设计文献综述电子信息科学与技术ATO透明导电薄膜的制备及光电特性研究现状综述摘要本文主要介绍了ATO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，并大胆猜测了将来ATO发展的方向以及技术的变革。关键词ATO，透明导电膜，掺杂量的影响一课题研究背景及意义近年来，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
2、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。ATO（锑掺杂的二氧化锡）是一类新型浅色透明导电粉，它利用锑掺杂取代锡
3、形成缺陷固融体时形成的氧空位或电子作为载流电子导电的。ATO可做优良隔热粉、导电粉使用。其良好隔热性能，被广泛的应用于涂料、化纤、高分子膜等领域。此外作为导电材料，在分散性、耐活性、热塑性、耐磨性、安全性有着其他导电材料无法比拟的优势。被应用于光电显示器件、透明电极、太阳能电池、液晶显示、催化等方面2。当前对ATO的研究主要集中在两个方面，一个是电阻率，一个紫外可见光的透过率。通过掺杂一些元素，比如SB、IN、P，并将三种元素按照一定比例掺杂。使得SNO2薄膜紫外可见光透过率到达83，方块电阻达38/SQ3。二研究现状及发展趋势总体来说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
4、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。21湿化学成膜法简介211前驱体溶胶或分散液的制备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SNCL
5、4H2O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4。溶胶凝胶法具有组分均匀、成本低廉、可大面积成膜等优点3,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5。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
6、要方法6。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C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。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6。212湿化学成膜法镀膜
7、法概述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6。B喷雾热解法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
8、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7。C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6。22典型的物理成膜法简介221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8。溅射过程中对衬
9、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9。此种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10。222PECVD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
10、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
11、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。11三总结大规模，低成本的生产ATO透明导电薄膜以适应生产需求是当前ATO研究的重要方向。从上述综述可以看出，通过简单原料结合水热法制备ATO纳米粉体，再通过适当选择分散剂和分散条件形成稳定的ATO透明导电浆料并利用该AZO浆料通过丝网印刷、提拉或旋转镀膜等方法制备透明导电膜是一种可行方便的技术路线，其操作工艺简单，成本低廉，原料利用率高，有望促进相关光电器件成本的降低，另外也可应用于多种材料的表面防静电领域。四参考文献1郭玉忠,王剑华,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,2002,1711
12、311382朱小平,于长凤,凌青,张脉官,戴静制备工艺对SNO2SB透明导电膜性能的影响J中国陶瓷工业,2006,135153YANJUNFENG，ZHANGZHIYONG，DENGZHOUHUZHAOWU，WANGXUEWENINFLUENCEOFDOPEDSB,IN,PONTRANSPARENTANDCONDUCTINGCHARACTERISTICSOFTHINFILMOFSNO2JACTAPHOTONICASINICA,2007,361161194吴春春,杨辉,陆文伟SOLGEL法制备ATO透明导电薄膜J电子元件与材料,2005,24344465郭锐,张华利溶胶凝胶法制备SB掺杂SNO2
13、透明导电膜的结构与性能研究J科学技术与工程,2007,733603636王学松,现代膜技术及其应用指南M化学工业出版社200517张聚宝,侯春,翁文剑,程逵,沈鸽,汪建勋,韩高荣喷雾热解法制备SNO2SB透明导电薄膜J硅酸盐学报,2003,3111106310688杨田林,韩圣浩,高绪团,杨光德有机衬底SNO2掺SB透明导电膜的制备J太阳能学报,2003,422732779陈甲林,赵青南,张君射频磁控溅射法制备SNO2SB透明导电薄膜的光电性能研究J液晶与显示,2005,20540641110张士勇,马瑾,刘晓梅,马洪磊,郝晓涛射频磁控溅射有机衬底SNO2SB透明导电膜性能的研究J功能材料2003,43445245711丁尔峰,崔容强,周之斌,赵亮,于化丛,赵占霞采用USPCVD沉积SNO2透明导电膜F、SB掺杂及特性研究J电源技术2004122877978312LILILI,LIMINGMAO,XUECHENDUANSOLVOTHERMALSYNTHESISANDCHARACTERIZATIONOFSBDOPEDSNO2NANOPARTICLESUSEDASTRANSPARENTCONDUCTIVEFILMSJMATERIALSRESEARCHBULLETIN,2006,41541546
