ATO透明导电薄膜的制备及光电特性研究现状综述【文献综述】.doc

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Eg＝3.6 eV（300 K）[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38Ω/sq[3]。 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。 2.1 湿化学成膜法简介 2.1.1 前驱体溶胶或分散液的制备 溶胶凝胶法 溶胶凝胶法简称sol-gel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SnCl4·H2O或SnCl2·2H2O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。3) SnCl4·H2O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]。 2.1.2 湿化学成膜法镀膜法概述 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