纳米铟锡氧化物(ITO)颗粒制备及成膜性能的研究
氧化铟锡(ITO)
氧化铟锡(ITO) 链接：https://www.sodocs.net/doc/3f7764756.html,/baike/2363.html 氧化铟锡(ITO) 简介 氧化铟锡(ITO，或者掺锡氧化铟)是一种铟（III族）氧化物(In2O3) and 锡（IV族）氧化物(SnO2)的混合物，通常质量比为90%In2O3，10% SnO2。它在薄膜状时，透明，略显茶色。在块状态时，它呈黄偏灰色。 氧化铟锡主要的特性是其电学传导和光学透明的组合。然而，薄膜沉积中需要作出妥协，因为高浓度电荷载流子 将会增加材料的电导率，但会降低它的透明度。 氧化铟锡薄膜最通常是用电子束蒸发、物理气相沉积、或者一些溅射沉积技术的方法沉积到表面。 因为铟的价格高昂和供应受限、ITO层的脆弱和柔韧性的缺乏、以及昂贵的层沉积要求真空，其它取代物正被设法寻找。碳纳米管导电镀膜是一种有前景的替代品。这类镀膜正在被Eikos发展成为廉价、力学上更为健壮的ITO替代品。PEDOT和PEDOT:PSS已经被爱克发和H.C. Starck制造出来.PEDOT:PSS层已经进入应用阶段（但它也有当暴露与紫外辐射下时它会降解以及一些其他的缺点）。别的可能性包括诸如铝-参杂的锌氧化物。 使用 ITO主要用于制作液晶显示器、平板显示器、等离子显示器、触摸屏、电子纸等应用、有机发光二极管、以及太阳能电池、和抗静电镀膜还有EMI屏蔽的透明传导镀膜。 ITO也被用于各种光学镀膜，最值得注意的有建筑学中红外线-反射镀膜(热镜)、汽车、还有钠蒸汽灯玻璃等。别 的应用包括气体传感器、抗反射膜、和用于VCSEL激光器的布拉格反射器。 ITO薄膜应力规可以在高于1400 °C及严酷的环境中是用，例如气体涡轮、喷气引擎、还有火箭引擎 原文地址：https://www.sodocs.net/doc/3f7764756.html,/baike/2363.html 页面 1 / 1
F掺杂二氧化锡导电薄膜的制备及机理研究(DOC)
摘要 本文以SnCl2·2H2O、NH4F为原料，采用溶胶-凝胶法制备FTO透明导电薄膜。通过对薄膜制备的各种工艺参数包括FTO溶胶的配制、基体的处理、涂层厚度、热处理等的实验分析，利用太阳膜透过率测量仪、测试电阻等手段，以光电性能为测试内容，综合探讨了F掺杂浓度、热处理温度、薄膜厚度对薄膜的光电性能的影响。 实验得出FTO溶胶的配置方案为：SnO2的浓度为0.4 mol/L，H2O /SnCl2·2H2O=4 (mol ratio)，pH=2-3，F：Sn (mol%)=5 %。 在FTO薄膜中，适量的F掺杂会显著提高薄膜的导电性，并且透光率良好；随着热处理温度的提高，薄膜的导电性略微提高，透光率提高；薄膜厚度的增加使其导电性提高，但透光率有所下降。 最终得出：F掺杂浓度为5 mol%，热处理温度为500 ℃，薄膜厚度为3层时，FTO薄膜的光电性能最优，其平均透光率可达81.5 %，每厘米间电阻为978 。 关键词：溶胶-凝胶；FTO；SnO2；透明导电薄膜；F掺杂
Abstract In this paper, FTO composite transparent conductive films were prepared by sol-gel method. The raw materials are SnCl2·2H2O and NH4F. The various parameters of film preparation were studied, including the configuration of FTO sol, matrix processing, coating thickness, heat treatment temperature, etc. According to optical performance test, the effect of F doping concentration, heat treatment temperature and film thickness on the surface morphology and optical properties were studied by solar film transmittance measurement instrument and multimeter. The optimal configuration of SnO2sol: sol concentration 0.4 mo1/L, H2O /SnCl2·2H2O=4 (mol ratio), pH=2-3; For FTO film, the appropriate amount of F doping can significantly improve the film conductivity and transmittance. As the increase of heat treatment temperature, the film conductivity and transmittance increase. As the increase of film thickness, the film conductivity increased, but the transmittance decreased. When the F doping concentration is 5mol%, heat treatment temperature at 500 ℃, and film thickness is 3, the FTO film has the best optical properties, the average light transmission rate is up to 81.5 %, and resistance is 978 per centimeter. Key words: sol-gel; FTO; SnO2; transparent conductive film; F doping
氧化锡的制备工艺
SnO2具有更宽的带隙和更高的激子束缚能，SnO2体材料的密度为5.67g/cm，通常制备的SnO2薄膜密度大约为体材料密度的80～90%，熔点为1927摄氏度。SnO2及其掺杂薄膜具有高可见光透过率、高电导率、高稳定性、高硬度和极强的耐腐蚀性等性能。宽带隙半导体的纳米线具有巨大的纵横比，表现出奇特的电学和光学性能，使其在低压和短波长光电子器件方面具有潜在的应用前景。与传统SnO2相比,由于SnO2 纳米材料具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应,因而在光、热、电、声、磁等物理特性以及其他宏观性质方面都会发生显著的变化。 二、纳米氧化锡的制备 1.固相法 1)高能机械球磨法 高能机械球磨法是利用球磨机的转动或振动,对原料进行强 烈的撞击、研磨和搅拌。 2)草酸锡盐热分解法 2.液相法 1)醇—水溶液法 2)溶胶—凝胶法 溶胶—凝胶法的基本原理是:金属醇盐或无机盐在有机介质 中经水解、缩聚,形成溶胶,溶胶聚合凝胶化得到凝胶,凝胶经 过加热或冷冻干燥及焙烧处理,除去其中的有机成分,即可得
到纳米尺度的无机材料超细颗粒。 3)微乳液法 微乳液法是将两种反应物分别溶于组成完全相同的两份微乳液中;然后这两种反应物在一定条件下通过物质交换彼此发生反应,借助超速离心,使纳米微粒与微乳液分离;再用有机溶剂清洗除去附着在表面的油和表面活性剂;最后在一定温度下干燥处理,即可得到纳米微粒的固体样品。 4)沉淀法 沉淀法分直接沉淀法和均匀沉淀法，直接沉淀法是制备超细氧化物广泛采用的一种方法,它是在含有金属离子的溶液中加入沉淀剂后,于一定条件下生成沉淀,除去阴离子,沉淀经热分解。均匀沉淀法是利用某一反应使溶液中的构晶离子从溶液中缓慢均匀地释放出来。制得超细氧化物。 5)水热法 水热法制备超细微粉的技术始于1982年,它是指在高温、高压下一些氢氧化物在水中的溶解度大于对应氧化物在水中的溶解度,氢氧化物溶入水中同时析出氧化物。 6)微波法 7)锡粒氧化法 3.气相法 1)等离子体法 等离子体法是在惰性气氛或反应性气氛下通过直流放电
氧化铟锡薄膜熔化阈值
价值工程 0引言 在平板显示器和太阳能电池的生产中透明导电薄膜的工业应用是不可缺少的———而这两大市场元素正在快 速成长起来。 工业上人们可以在此类薄膜上设计安装各类电路图，而这类薄膜在可见光范围内具有很高的透光率。 为了使ITO 薄膜的优良性能得到应用，工业上需要将其进行剪裁，从而得到所需要的功能结构。半导体工业中剪裁ITO 薄膜的传统的工业方法利用所谓的湿法刻蚀法。而此方法需要各种不同的制造平台，大型昂贵的机器设备，使用有毒化学物质。全球平板显示器市场上价格的竞争使得制造上不得不需求新的制造方法。 据现存的等离子平板显示器生产工艺显示，湿法刻蚀的生产中，单单一个生产平台就至少需要6个工作站，而每个工作站只能加工最多7个2160×2460mm 大小的平板玻璃毛坯。然而每个加工站的花费就要达到几百万美元之多，而单个薄片步进需要花费大约12美元左右。每套模型设备价值大约100百万美金，此外，湿法刻蚀需要对有毒作物，酸性化学材料进行处理，以免对环境造成污染。 于此相比较而言，激光快速图案成型工艺在平板显示器的生产中只需要两个加工站就可以完成所有的加工程序：其中一个应用于平板显示器的加工，而另一个应用于玻璃基体的冲洗。据估计，工业上应用的激光快速图形成型机，单台花费不到6百万美元———大大节省了设备成本。不仅如此，另外一个好处在于：应用此种方法可以省去大量的生产步数———有效的省去了三分之二加工步数———包含激光快速图案成型模型在内的花费最多也只不过几千美元而已。而且快速激光图案成型工艺是个干加 工工艺过程，在第二步玻璃基体的洗涤中，也是采用蒸馏 法进行操作———这就避免了对有毒洗剂和酸性化学物质的使用，也大大节省了用于对此类物质进行处理的花费。而此技术最杰出的贡献在于，它克服了湿法刻蚀工业在加工大型平板中刻线不一致的加工缺陷[1][2][3][4]。 本论文中将要对高频率皮秒激光下基于玻璃基体上的ITO 薄膜材料的烧蚀过程进行研究。实验中将采用远红外激光（1064nm ）。激光实验结束后还将采用在一系列光学仪器对靶材进行观察和分析，比如，这其中将使用扫描电子显微镜和白光干涉仪。 而本论文的主要目的在于找出基于玻璃基体上的ITO 薄膜在高频率激光烧蚀下的关键熔化阈值。此外，在ITO 薄膜图案成型过程中的加工系数也将在论文中进行优化，以求在能量消耗最少的情况下得到最好的加工质 量。具体的说， 在ITO 薄膜烧蚀过程中所需要的最佳的激光刻蚀速度和激光能量，既能够将ITO 材料完全移除，又不对玻璃基体造成损伤。 ITO 薄膜在皮秒时间域内的激光烧蚀实验： 本章主要通过实验的方法对ITO 薄膜在皮秒激光烧蚀下的过程及规律进行研究。实验过程分为两个部分，远红外激光实验和紫外光激光实验，本文基于实验数据对ITO 在两种不同波长激光下的烧蚀过称做了总结，找出二者之间的异同。在本章的最后，将给出ITO 和玻璃在1064nm 和355nm 波长下的物理性能。 1实验设置 实验设置由激光器以及一系列光学仪器组成。光束放大器beam expander ，反光镜mirror ，激光扫描器scanner ， 移动平台motion stage 。另外不可缺少的还有电脑控制设 备和相关的软件， 用来控制激光束和移动平台。激光从激光器发射出后，被放大器进行3倍放大，再通过一系列的反光镜被引入到扫描器中，通过电脑软件可以控制激光器—————————————————————— —作者简介：沈斌（1955-），男，上海人，中共党员，教授，博士学位， 主要研究方向为制造系统及其自动化；杨扬（1983-），女，天津人，硕士研究生，主要研究方向为制造系统及 其自动化。 氧化铟锡薄膜熔化阈值的研究 Study on the Melting Threshold of IDO Film 沈斌SHEN Bin ；杨扬YANG Yang （同济大学中德学院，上海200092） （Chinesech-Deutsches Hochschulkolleg ，Tongji University ，Shanghai 200092，China ） 摘要：太阳能电池薄膜在平板显示器的生产中得到大量应用。而这其中Indium Tin Oxide(ITO)薄膜是应用最广的透明半导体薄 膜之一。本文主要针对ITO 薄膜在超短波激光烧蚀下的熔化规律进行研究。论文通过一系列激光实验，目的在于找出ITO 薄膜在远 红外激光下熔化现象的基本物理机制和熔蚀过程。经过实验， 找出了在不同激光能量密度下，熔化阈值能量密度和熔化率，以及薄膜厚度与阈值能量密度之间的关系。 Abstract:Solar cell film has been widely used in the production of flat panel displays.And the ITO film is one of the most widely transparent semiconductor films.This paper mainly studied the melting law of ITO film under ultrashort wave laser ablation.Through a series of laser experiments,this paper aimed to identify the basic physical mechanisms and melting and ablation process of ITO film in the far-infrared laser.After the experiment,this paper identified the melting threshold energy density and the melting rate under different laser energy density and the relationship between the film thickness and the threshold energy density. 关键词：太阳能电池；ITO 薄膜；激光直写技术；超短波激光烧蚀；阈值能量密度Key words:solar cells ；ITO film ；laser direct writing ；ultrashort wave laser ablation ；threshold energy density 中图分类号：TH11文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）31-0032-03 ·32·
铟锡合金靶材
概况（Survey）： 铟是一种化学元素，它的化学符号是In，它的原子序数是49 性状（Character）： 铟是一种柔软的银灰色金属，带有光泽。 铟可用作低熔点合金、半导体、整流器、热敏电阻等。含24%铟及76%镓的合金，在室温下是液体。 物理性质（Physical property）： 物质状态：固态 熔点：429.75 K（156.60 °C） 沸点：2345 K（2072 °C） 摩尔体积：15.76310-6m3/mol 汽化热：231.5 kJ/mol 熔化热：3.263 kJ/mol 声速：1215 m/s（293.15K）原子性质（Atomic properties）： 原子量：114.818 原子量单位 原子半径（计算值）：155（156）pm 共价半径：144 pm 范德华半径：193 pm 价电子排布：4d105s25p1 电子在每能级的排布：2，8，18，18，3 氧化价（氧化物）：1,2,3（两性的）[1] 晶体结构：四方晶格 名称规格尺寸纯度 铟粒（In）1mm—10mm 99.99% 99.995% 99.999% 铟粉（In）-200目99.99% 99.995% 99.999%
概况（Survey）： 锡是一种化学元素，其化学符号是Sn。它的原子序数是50。 性状（Character）： 它是一种主族金属。纯的锡有银灰色的金属光泽，它拥有良好的伸展性能，它在空气中不易氧化，它的多种合金有防腐蚀的性能，因此它常被用来作为其它金属的防腐层。 物理性质（Physical property）： 状态：固态 密度（接近室温）：(白锡) 7.365 g2cm?3密度（接近室温）：(灰锡) 5.769 g2cm?3熔点时液体密度：6.99 g2cm?3 熔点：505.08 K，231.93 °C，449.47 °F 沸点：2875 K，2602 °C，4716 °F 熔化热：(白锡) 7.03 kJ2mol?1 汽化热：(白锡) 296.1 kJ2mol?1 比热容：(白锡) 27.112 J2mol?12K?1原子性质（Atomic properties）：氧化态：8, 7, 6, 4, 3, 2, 1, -2 （弱酸性） 电负性：2.3（鲍林标度） 原子半径：134 pm 共价半径：146±7 pm 名称规格尺寸纯度 锡丝（Sn）Φ0.2—1.0mm 99.9% 99.99% 99.999% 99.9995+% 99.9999% 99.9999+% Φ1.0—3.0mm 99.9% 99.99% 99.999% 99.9995+% 99.9999% 99.9999+% Φ3.0—6.0mm 99.9% 99.99% 99.999% 99.9995+% 99.9999% 99.9999+% 锡片（Sn）50*50*(0.2-1.5)mm 99.9% 99.99% 99.999% 99.999+% 99.9999% 99.9999+% 100*100*(0.2-1.5)mm 99.9% 99.99% 99.999% 99.999+% 99.9999% 99.9999+% 200*250*(0.2-1.5)mm 99.9% 99.99% 99.999% 99.999+% 99.9999% 99.9999+%
【开题报告】ZnO-SnO2透明导电薄膜光电特性研究
开题报告 电气工程与自动化 ZnO-SnO2透明导电薄膜光电特性研究 一、选题的背景与意义： 随着电子信息产业的迅猛发展，透明导电薄膜材料被广泛应用于半导体集成电路、平面显示器、抗静电涂层等诸多领域，市场规模巨大。 1. 透明导电薄膜的概述 自然界中往往透明的物质不导电,如玻璃、水晶、水等，导电的或者说导电性好的物质往往又不透明,如金属材料、石墨等。但是在许多场合恰恰需要某一种物体既导电又透明,例如液晶显示器、等离子体显示器等平板显示器和太阳能电池光电板中的电极材料就是需要既导电又透明的物质。透明导电薄膜是薄膜材料科学中最重要的领域之一，它的基本特性是在可见光范围内，具有低电阻率，高透射率，也就是说，它是一种既有高的导电性，又对可见光有很好的透光性，而对红外光有较高反射性的薄膜。正是因为它优异的光电性能，它被广泛的应用在各种光电器件中，例如：平面液晶显示器（LCD），太阳能电池，节能视窗，汽车、飞机的挡风玻璃等。自从1907年Badeker制作出CdO透明导电薄膜以后，人们先后研制出了In2O3，SnO2，ZnO等为基体的透明导电薄膜。目前世界研究最多的是掺锡In2O3（简称ITO）透明导电薄膜，掺铝ZnO（简称AZO）透明导电薄膜。同时，人们还开发了CdInO4、Cd2SnO4、 Zn2SnO4等多元透明氧化物薄膜。 2. SnO2基薄膜 SnO2（Tin oxide，简称TO）是一种宽禁带半导体材料，其禁带宽度Eg=3.6eV，n 型半导体。本征SnO2薄膜导电性很差，因而得到广泛应用的是掺杂的SnO2薄膜。对于SnO2来说，五价元素的掺杂均能在禁带中形成浅施主能级，从而大大改善薄膜的导电性能。目前应用最多、应用最广的是掺氟二氧化锡（SnO2:F，简称FTO）薄膜和掺锑二氧化锡（SnO2:Sb,简称ATO）薄膜。SnO2:Sb薄膜中的Sb通常以替代原子的形式替代Sn的位置。掺杂Sb浓度不同，电阻率不同，最佳Sb浓度为0.4%-3%（mol）的范围对应电阻率为10-3Ω·cm，可见光透过率在80%-90%。SnO2:F薄膜热稳定性好、化学稳定性好、硬度高、生产设备简单、工艺周期短、原材料价格廉价、生产成本
导电膜氧化铟锡ITO
氧化铟锡 氧化铟锡(ITO，或者掺锡氧化铟)是一种铟（III族）氧化物(In2O3) and 锡（I V族）氧化物(SnO2)的混合物，通常质量比为90% In2O3，10% SnO2。它在薄膜状时，为透明无色。在块状态时，它呈黄偏灰色。 氧化铟锡主要的特性是其电学传导和光学透明的组合。然而，薄膜沉积中需要作出妥协，因为高浓度电荷载流子将会增加材料的电导率，但会降低它的透明度。 氧化铟锡薄膜最通常是用电子束蒸发、物理气相沉积、或者一些溅射沉积技术的方法沉积到表面。 因为铟的价格高昂和供应受限、ITO层的脆弱和柔韧性的缺乏、以及昂贵的层沉积要求真空，其它取代物正被设法寻找。碳纳米管导电镀膜是一种有前景的替代品。这类镀膜正在被Eikos发展成为廉价、力学上更为健壮的ITO替代品。PEDOT和P EDOT:PSS已经被爱克发和H.C. Starck制造出来.PEDOT:PSS层已经进入应用阶段（但它也有当暴露与紫外辐射下时它会降解以及一些其他的缺点）。别的可能性包括诸如铝-参杂的锌氧化物。 使用 ITO主要用于制作液晶显示器、平板显示器、等离子显示器、触摸屏、电子纸等应用、有机发光二极管、以及太阳能电池、和抗静电镀膜还有EMI屏蔽的透明传导镀膜。 ITO也被用于各种光学镀膜，最值得注意的有建筑学中红外线-反射镀膜(热镜)、汽车、还有钠蒸汽灯玻璃等。别的应用包括气体传感器、抗反射膜、和用于VCSEL 激光器的布拉格反射器。 ITO薄膜应力规可以在高于1400 °C及严酷的环境中是用，例如气体涡轮、喷气引擎、还有火箭引擎 在化学上，ITO 是Indium Tin Oxides的缩写。 作为纳米铟锡金属氧化物，具有很好的导电性和透明性，可以切断对人体有害的电子辐射，紫外线及远红外线。因此，喷涂在玻璃，塑料及电子显示屏上后，在增强导电性和透明性的同时切断对人体有害的电子辐射及紫外、红外。 ITO 是一种N型氧化物半导体-氧化铟锡,ITO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜,通常有两个性能指标:电阻率和透光率. 在氧化物导电膜中，以掺Sn的In2O3(ITO)膜的透过率最高和导电性能最好,而且容易在酸液中蚀刻出细微的图形.其中透光率达90%以上,ITO中其透光率和阻值分别由In2O3与Sn2O3之比例来控制,通常Sn2O3:In2O3=1:9. 多用于触控面板、触摸屏、冷光片等。 透明导电膜屏蔽玻璃的导电膜层材料主要为ITO（铟锡氧化物半导体）膜、金属镀膜等，是通过真空磁控溅射镀膜工艺生产的，其特点是在150KHz~1GHz范围内有
关于氧化锡的制备方法
SnO2体材料的密度为5.67g/cm，通常制备的SnO2薄膜密度大约为体材料密度的80～90%，熔点为1927摄氏度。SnO2及其掺杂薄膜具有高可见光透过率、高电导率、高稳定性、高硬度和极强的耐腐蚀性等性能。宽带隙半导体的纳米线具有巨大的纵横比，表现出奇特的电学和光学性能，使其在低压和短波长光电子器件方面具有潜在的应用前景。与传统SnO2相比,由于SnO2 纳米材料具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应,因而在光、热、电、声、磁等物理特性以及其他宏观性质方面都会发生显著的变化。 二、纳米氧化锡的制备 1.固相法 1)高能机械球磨法 高能机械球磨法是利用球磨机的转动或振动,对原料进行强 烈的撞击、研磨和搅拌。 2)草酸锡盐热分解法 2.液相法 1)醇—水溶液法 2)溶胶—凝胶法 溶胶—凝胶法的基本原理是:金属醇盐或无机盐在有机介质 中经水解、缩聚,形成溶胶,溶胶聚合凝胶化得到凝胶,凝胶经 过加热或冷冻干燥及焙烧处理,除去其中的有机成分,即可得 到纳米尺度的无机材料超细颗粒。
3)微乳液法 微乳液法是将两种反应物分别溶于组成完全相同的两份微乳液中;然后这两种反应物在一定条件下通过物质交换彼此发生反应,借助超速离心,使纳米微粒与微乳液分离;再用有机溶剂清洗除去附着在表面的油和表面活性剂;最后在一定温度下干燥处理,即可得到纳米微粒的固体样品。 4)沉淀法 沉淀法分直接沉淀法和均匀沉淀法，直接沉淀法是制备超细氧化物广泛采用的一种方法,它是在含有金属离子的溶液中加入沉淀剂后,于一定条件下生成沉淀,除去阴离子,沉淀经热分解。均匀沉淀法是利用某一反应使溶液中的构晶离子从溶液中缓慢均匀地释放出来。制得超细氧化物。 5)水热法 水热法制备超细微粉的技术始于1982年,它是指在高温、高压下一些氢氧化物在水中的溶解度大于对应氧化物在水中的溶解度,氢氧化物溶入水中同时析出氧化物。 6)微波法 7)锡粒氧化法 3.气相法 1)等离子体法 等离子体法是在惰性气氛或反应性气氛下通过直流放电 使气体电离产生高温等离子体,使原料熔化和蒸发,蒸气遇
掺杂对二氧化锡薄膜光电性能的影响
第46卷第4期2018年4月 硅酸盐学报Vol. 46，No. 4 April，2018 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY https://www.sodocs.net/doc/3f7764756.html, DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2018.04.19 掺杂对二氧化锡薄膜光电性能的影响 王立坤1，郁建元1,2，王丽1，牛孝友1，付晨1，邱茹蒙1，晏伟静1，赵洪力1 (1. 燕山大学材料科学与工程学院，河北秦皇岛 066004；2. 唐山学院环境与化学工程系，河北唐山 063000) 摘要：二氧化锡(SnO2)是一种重要的透明导电金属氧化物半导体材料，掺杂可使其光电性能得到显著改善，拓展其应用领域。分析了SnO2薄膜的导电机制、载流子散射机理及近年来国内外学者对不同类型掺杂的SnO2薄膜的研究。掺杂引入的缺陷能级增加了载流子浓度，提高了薄膜的导电性。杂质离子散射和晶界散射是影响薄膜载流子迁移率的主要散射机制。光电性能严重依赖于掺杂元素的种类及掺杂量，多元共掺杂是极具发展潜力的方法。 关键词：二氧化锡薄膜；掺杂；导电机制；散射机理；光电性能 中图分类号：TB43 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2018)04–0590–08 网络出版时间：网络出版地址： Effect of Doping on the Photoelectric Properties of Tin Dioxide Thin Films WANG Likun1, YU Jianyuan1,2, WANG Li1, NIU Xiaoyou1, FU Chen1, QIU Rumeng1, YAN Weijing1, ZHAO Hongli1 (1. College of Materials Science and Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, Hebei, China; 2. Department of Environmental and Chemical Engineering, Tangshan University, Tangshan 063000, Hebei, China) Abstract: Tin dioxide (SnO2) is an important transparent conductive metal oxide semiconductor, its electrical and optical properties can be significantly improved by doping, and the applications are expanded. Recent studies on the conductive mechanism, scattering mechanism of SnO2 film as well as different doped SnO2 films were reviewed. The defect levels introduced by the doping increase the carrier concentration and improve the conductivity of the film. Impurity ion scattering and grain boundary scattering are the main scattering mechanisms that affect the mobility of the films. The electrical and optical properties are closely related to the type and amount of doping elements. Multi-element co-doping is a promising method. Keywords: tin dioxide thin film; doping; conductive mechanism; scattering mechanism; electrical and optical properties 二氧化锡(SnO2)是n型宽禁带半导体，禁带宽度约为3.5~4.0eV，等离子共振边位于3.2μm处，折射率大约为2.0，消光系数趋于零，在可见光及近红外光区透射率约为80%，具有四方金红石结构(如图1)。SnO2单胞中由2个Sn原子和4个O原子组成，晶格常数为a=b=0.4737nm，c=0.3186nm，c/a为0.637。O2?离子半径为0.140nm，Sn4+离子半径为0.071nm。SnO2薄膜与玻璃和陶瓷基片附着良好，附着力可达20MPa[1?2]，并且具有透明导电、机械硬度高、化学稳定性好和低成本等优点，广泛应用于发光器件、气敏传感器、太阳能电池、Low-E 建筑节能玻璃等领域[3?5]。 科学技术的进步与生产应用的发展对SnO2薄膜的光电性能提出了更高的要求，如基于SnO2薄膜的低辐射玻璃可大幅度降低建筑能耗，发展前景良好[6?7]。但如何进一步降低电阻率、提高红外光区反射率是目前极具挑战性的课题。SnO2薄膜的光学和电学特性强烈的依赖于其微观结构、化学计量比的偏离和掺杂。未掺杂的二氧化锡薄膜由于有限的氧空位浓度、较低的载流子浓度和迁移率， 电阻很高，电学、光学、低辐射性和气敏性能等难以满足使用要求。通过对SnO2薄膜进行掺杂，可显著改善其光 收稿日期：2017–05–16。修订日期：2017–07–15。 基金项目：国家重点研发计划资助项目(NO. 2016YFB0303902)；河北省应用基础研究计划重点基础研究资助项目(17961109D)。 第一作者：王立坤(1991—)，男，博士研究生。 通信作者：赵洪力(1960—)，男，博士，教授。Received date: 2017–05–16. Revised date: 2017–07–15. First author: WANG Likun(1991–), male, Doctoral. candidate. E-mail: 541470978@https://www.sodocs.net/doc/3f7764756.html, Correspondent author: ZHAO Hongli(1960–), male, Ph.D., Professor. E-mail: zhaohongli@https://www.sodocs.net/doc/3f7764756.html,
氧化铟锡薄膜的椭偏光谱研究解读
第28卷第2期光学学报 V ol.28,N o.22008年2月 ACTA OPTICA SINICA February,2008 文章编号:0253-2239(200802-0403-06 氧化铟锡薄膜的椭偏光谱研究 孙兆奇 1,2 曹春斌 1,2,3 宋学萍 1,2 蔡琪 1,2 1 安徽大学物理与材料科学学院,安徽合肥230029; 2 光电信息获取与控制教育部重点实验室,安徽合肥230039 3
安徽农业大学理学院,安徽合肥230036 摘要用溅射法在Si 片上制备了厚度为140nm 的氧化铟锡(IT O薄膜。X 射线衍射研究表明所制备的薄膜为多晶结构。在1.5~4.5eV 范围内对IT O 薄膜进行了椭偏测量。分别用德鲁德-洛伦茨谐振子(Drude+L or enz oscillator s模型、层进模型结合有效介质近似模型对椭偏参量、进行了拟合,得到I T O 薄膜的折射指数n 的变化范围在1.8~2.6之间,可见光范围内消光系数k 接近于零,在350nm 波长附近开始明显变化,且随着波长的减小k 迅速增加。计算得到直接和间接光学带隙分别是3.8eV 和4.2eV 。并在1.5~4.5eV 段给出一套较为可靠的、具有实用价值的I T O 介电常量和光学常量。 关键词薄膜光学;椭圆偏振术;光学常量测量;椭偏建模及解谱;IT O 薄膜中图分类号 O484 文献标识码 A 收稿日期:2007-07-04;收到修改稿日期:2007-10-11 基金项目:国家自然科学基金(50642038、教育部博士点专项基金(20060357003、安徽省人才专项基金(2004Z029和安徽大学人才队伍建设基金资助课题。 作者简介:孙兆奇(1955-,男,回族,贵州贵阳人,教授,博士生导师,主要从事薄膜物理方面的研究。E -mail:szq@https://www.sodocs.net/doc/3f7764756.html, Study on Ellipsometric Spe ctra of ITO Film Sun Zhao qi 1,2 Cao Chunbin 1,2,3 So ng Xueping 1,2 Cai Qi 1,2 1 School of Phy si cs an d Ma ter ia l Scien ce ,Anhu i Univ er sity ,Hefei ,Anhu i 230039,Chin a 2
二氧化锡薄膜的制备和应用研究进展
第２５卷第４期张谢群等：二氧化锡薄膜的制备和应用研究进展 化学试剂，２００３，２５（４），２０３～２０６二氧化锡薄膜的制备和应用研究进展 张谢群，余家国‘，赵修建，赵丽．刘升卫 （武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室，湖北武议４３００７０） 摘要：介绍了近年来＿二氧化锅薄膜的制备方法和在功能材料中的应用。探时了各种方法的特点．提出了今后二氧化锡薄膜的发展趋势和应用前景。 关ｔ词：ＳｎＯ。薄膜Ｉ制备｝应用；应用研究进展 中图分类号；（）６４９文献标识码；Ａ文章编号：０２５８—３２８３（２００３）０４—０２０３—０４ 近年来，伴随着电子工业科技的飞速发展，薄膜技术日臻成熟，新的工艺使氧化物功能薄膜等作为半导体材料、介电材料、电极材料、催化剂和传感器等新材料，在许多领域得到了广泛应用，一门新的代表高科技发展方向的产业——薄膜产业应运而生，其中以透明导电薄膜、传感器、薄膜太阳能电池等为代表的薄膜产业尤为突出。众所周知，ＳｎＯ。是最早使用也是目前应用最广的一种气敏材料，是整个薄膜行业的基础。因此，有关二氧化锡薄膜的制备及性能的研究，已成为纳米薄膜材料和传感器材料研究领域中一个很重要的部分，在近几年得到了迅猛的发展。 二氧化锡是一种受到广泛重视的宽禁带半导体材料，具有一些独特的性能，例如掺杂后具有高导电率、高透射率以及较好的化学和热稳定性等，这些性质可应用在很多技术领域，包括太阳能电池、液晶显示器、光探测器、保护涂层等“］。近３０年来，二氧化锡一直处于金属氧化物半导体电阻式气体传感器研究的中心。 二氧化锡材料主要有烧结型、厚膜型和薄膜型几种，其中薄膜型材料由于在一致性、小型化、集成化和智能化等方面的优势，以及能满足实用中的要求，使国内外对于二氧化锡薄膜的研制开发近年来给｝Ｔ极大的重视“。用来制备二氧化锡薄膜的方法主要有化学气相沉积（ＣＶＤ）、物理气相沉积（ＰＶＤ）、喷涂热解（ｓｐｒａｙｐｙｒｏｌｙｓｉｓ）和溶胶凝胶等方法。本文将系统地对有关ＳｎＯ。薄膜的制备［艺、应用与研究进展予以阐述，以期对有关的研究开发人员有所帮助。 １Ｓｎ０２薄膜的制备 １．１溶胶一凝胶法 溶胶凝胶法作为低温或温和条件下合成无机化合物或无机材料的重要方法，在软化学合成中占有重要地位。该法采用无机盐或金属有机化合物，如醇盐（即金属烷氧基化合物）为前驱物，首先将其溶于溶剂（水或有机液体）中．通过在溶剂内发生水解或醇解作用．反应生成物缩合聚集形成溶胶，然后经蒸发干燥由溶胶转变为凝胶［３］。用溶胶凝胶技术制备二氧化锡薄膜，既具有低温操作的优点．又可严格控制掺杂量的准确性，而且还克服了其他方法制备较大面积薄膜时的困难，因此获得了广泛应用。如Ｓｕｎｇｒ”以锡的异丙醇盐为前驱物．用溶胶一凝胶法制成ＳｎＯｚ薄膜，研究了反应物浓度、ｐＨ、基片提拉速度、热处理温度、时间等因素对薄膜的厚度、电学以及光学性能的影响。刘威“等以ＳｎＣＩ。?２Ｈ２（）及乙醇为原料，利用溶胶凝胶法制备了纳米ＳｎＯ。薄膜，探讨了制膜的ｔ艺条件，同时考察了薄膜的晶相结构、晶粒尺寸、表面形貌以及薄膜中元素的化学状态与热处理条件之间的相互关系。郭玉忠”１等人通过溶胶体系流变学实验研究，给出了切粘度、特性粘度及ｐＨ随时间的变化曲线，在此基础上深入研究分析了ＳｎＯ。胶粒生长动力学过程特征、结构演变规律及其生长过程中伴随的质子Ｈ＋释放现象。实验和理论揭示出ＳｎＯ。胶粒遵循三阶段模型和胶粒结构不变性规律，同时溶胶酸性对生长动力学速率有较大影响．这为ＳｎＯｚ薄膜溶胶一凝胶工艺提供了深厚的理论基础。 收纂日期；２００２０７１８ 基盒项目：国家自然科学基金资助项目（５０２７２０４９． ５００７２０１６）；高等学校骨干教师资助计划。 作者简舟ｔ张谢群（１９７８一），女，安徽人，硕士研究生，ｔ霹 研究方向为功船薄膜材料．
铟的特点、性质、储量、化合物及主要应用领域
立志当早，存高远 铟的特点、性质、储量、化合物及主要应用领域 是（铁）闪锌矿，含量为100～1000ppm，在铜矿中也有一定含量的铟。由于铟在矿物中含量很低，不能作为单独一种工业原料开采；及时铟在闪锌矿中含量最富，也仍然不能作为独立开采的矿物，只能在重有色金属冶炼过程中做为综合利用原料的副产品回收。一般在进行原料的综合冶炼时，只要铟的含量达到200ppm，就具有综合回收的价值。铟是一种银白色的金属，相对密度为7.3，熔点为156.6℃，沸点为2075℃；其性质柔软，可塑性强，并有延展性，可压成极薄的薄片，但拉伸极限低，黏度大，故难拉成丝和不利于切削。铟的导电性比铜约低4/5，其热膨胀系数几乎是铜的1 倍以上。铟的化学性质与铁近似，长与锌、铁一起形成类质同象物。铟可生成一价、二价和三价化合物，但只有三价化合物是稳定的，在水溶液中只存在三价铟的化合物。氧化铟（In2O3）是黄色不溶于水的物质，当铟在空气中氧化或将氢氧化铟煅烧时 都可得到氧化铟。氧化铟可在700～800℃时被氢或炭还原成为金属。低价氧化物InO 或In2O 是还原时的中间产品。将碱或氨与铟盐的溶液作用，可以制得氢氧化铟，呈白色胶状沉淀。氢氧化铟在PH 值为3.5～3.7 的稀溶液中就开始析出，当铟的浓度增加时，氢氧化铟析出的PH 值可向酸性移动。三氯化铟是无色、易于挥发的化合物，熔点为586℃，但是，在450℃时已开始升华，可溶解于水。硫酸铟[In2（SO4）3]是铟的重要盐类之一，在中性溶液中结晶出无水化合物[In2（SO4）3·5H2O]，在100～120℃时，还逐渐脱水成为无水化合物。硫酸铟为白色固体，溶解于水。铟和硫可以生成硫化物，如将硫化氢通入中性或弱酸性的醋酸铟溶液中，就会析出黄色硫化物InS。目前，铟的矿产资源主要集中在美国、俄罗斯、加拿大、南非和中国，但是，其他地方如西欧有精炼厂。按USGS 统计，2000 年世界精矿生产量为220 吨，比上年增加了
铟锡氧化物(ITO)靶材综述
铟锡氧化物（ITO）靶材 铟(In)元素的发现已有100多年的历史，经过了约60年才开始在工业和技术上得到应用。In是一种多用途的金属，主要以与其他有色金属组成一系列的化合物半导体、光电子材料、特殊合金、新型功能材料及有机金属化合物等形式应用于电子、冶金、仪表、化工、医药等行业，其应用范围不断扩大。 中国是全球最大的In生产国，由于国内需求有限，In产品以初级原料方式大量出口，成为全球In市场主要供应国。In是现代高新技术产业的重要支撑材料，关系到国力的增强。因此我国大量出口In初级原料不符合国家的根本利益。目前全球In消耗量的50％以上用于加工铟锡氧化物(indiumtin oxides，IT0)靶材，制造透明电极用于生产平面显示器。平面显示器的ITO薄膜含In约78％，这种神奇的混合物通过一层透明而又导电的薄膜将玻璃转化成彩色显示屏。在可见光区是透明的，可吸收紫外线，反射红外线，有利于环保，具有良好的热稳定性。 近年国内对ITO靶材的需求量大幅增长。目前国内生产的ITO靶材密度低，无法满足高端平板显示器行业对于靶材质量的要求．仅仅部分用于低端液晶产品中。目前世界上只有日本、美国、德国等少数发达国家和地区能生产ITO靶材，而我国平板显示器产业所需求的ITO靶材的98％依赖于进口，因此，研制开发ITO靶材生产技术是现有In生产企业开发In深加工技术的首选目标。
2 ITO靶材的主要制备方法 国外ITO靶材的生产工艺和技术设备已较为成熟和稳定。其主要制备方法有热等静压法、热压法和烧结法。 2．1热等静压法 热等静压法(hot isostatic pressing，HIP)既可以认为是加压下的烧结，也可以认为是高温下的压制。相对于传统的无压烧结而言，热等静压法可以在相对较低的温度下(一般约为物料熔点的0．5～0．7倍)获得完全致密化，而且可以很好地控制组织结构，抑制晶粒生长，获得均匀的、各向同性的组织，可以“净成型”加工成具有一定复杂外形的产品。热等静压法制备ITO靶材的工艺流程主要为：用模压或冷等静压以及两者兼用的成型方法将ITO粉末压制成初坯；初坯置于不锈钢包套中，并在两者之间辅以隔离材料，然后对包套抽真空并且封口；置于热等静压炉中进行热等静压(温度800～1050℃，压力50～200MPa，时间2～6h)制备出IT0靶材。 热等静压法的特点： (1)能克服在石墨模具中热压的缺点，不易还原。 (2)由于制品在加热加压状态下，各个方向同时受压，所制得的产品密度极高(几乎达到理论密度)，可制成大尺寸产品。 (3)热等静压强化了压制和烧结过程，降低了烧结温度，避免了晶粒长大，可获得极好的物理力学性能。 制品的成本较高，生产周期较长。 日本东曹公司采用热等静压方法，将O2导入烧结容器中，罐体内部采
透明导电氧化物薄膜与氧化铟锡薄膜
第一章 透明导电氧化物薄膜与 氧化铟锡薄膜1.1.透明导电氧化物薄膜 透明导电氧化物（Transparent Conducting Oxide简称TCO）薄膜主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料，具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等光电特性。氧化铟锡（或掺锡氧化铟，Indium Tin Oxide简称ITO）薄膜是综合性能最优异的透明电极材料，ITO是一种重掺杂、高简并的n型半导体，光学禁带宽度达到3.5eV以上，其载流子浓度可达到1021cm3，迁移率为15-450cm2V?1S?1，目前一般认为其半导体化机理为掺杂（掺锡）和组分缺陷（氧空位）。ITO作为优异的透明导电薄膜，其较低的电阻率可达到10?4?cm，可见光透过率可达85%以上，其优良的光电性质使其成为具有实用价值的TCO薄膜[1][2]。ITO透明导电膜除了具有高可见光透过率和低电阻，还具有一系列独特性能，如紫外线高吸收，红外线高反射，微波高衰减；加工性能良好，具有较好的酸刻、光刻性能；良好的机械强度和耐磨损性、耐碱化学稳定性；较高的表面功函数（约为4.7eV）等，ITO薄膜被广泛应用于平板显示器件、太
阳能电池、微波与射频屏蔽装置、触摸式开关和建筑玻璃等领域[3]。 对于TCO薄膜来说，目前的主要应用领域一般是作为单一的电学涂层或光学涂层，即利用其金属导电性和光学透明性，但其导电性和透明性仍需进一步提高，同时考虑到光电子器件在不同环境中的使用，TCO薄膜在恶劣环境中的稳定性也需要得到改善，应该开发出高质量的透明导电氧化物薄膜，以开拓更广的应用领域。在TCO薄膜的不同应用领域，对于TCO 薄膜的性能有不同的要求，单一的TCO薄膜难以满足各种性能的需要，虽然SnO2:F[4]，ZnO:Al[5]和In2O3:Mo[6]等三元组分氧化物能够部分解决一些问题，但无法达到较好的综合性能。目前多元复合体系透明导电薄膜的研究得到了一定的发展，可以制备出一些具有独特性能的TCO薄膜[7]-[10]，多元复合体系TCO薄膜能够保持传统TCO材料性能的前提下，可以通过改变组分而调整薄膜的电学、光学、物理和化学性质以及表面能，从而获得传统TCO材料所不具备的性能，以满足特定的需要。因此，如何进一步提高ITO薄膜的各种性能，拓展其应用前景，显得尤其重要。 对于ITO等透明导电氧化物来说，掺杂的有效性应满足三种基本要求：（1）掺杂离子与宿主离子之间存在价态差；（2）掺杂替代离子半径等于或小于宿主离子半径；（3）掺杂离子不会形成新的化合物，只存在In2O3的单一相。一般认为ITO的特性主要依赖于其氧化态和杂质的浓度，通过引入施主杂质可以调节载流子浓度，施主原子取代晶格的位置，提供了多余的自由电子而提高了导电性。高价态的金属离子（如Zr4+等）对ITO中In3+的取代可以成为ITO掺杂的关键所在，高价态的金属离子对In3+的取代可