锑掺杂二氧化锡薄膜的导电机理及其理论电导率_杨建广
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锑掺杂二氧化锡薄膜的导电机理及其理论电导率_杨建广
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增加，并与施主能级 !#&%发生补偿作用，减少了有 效载流子浓度，同时，提高掺杂浓度使粉末颗粒 度减小，导致 # & 4 和 # & # 增大。另外，随着掺杂 浓度的提高，载流子和杂质相遇的机会越来越多， 杂质离子对载流子的散射加强，影响了载流子的 迁移率 % ，这两种作用都使粉末电阻增大，导电能 力下降，即二氧化锡中锑掺杂的电导率存在理论 上限。 关于 ;89 和 789 的最佳掺杂问题，范志新等 人
C4D; E:<#BFG<#F，=4D; HIBJ<#F，=4D; >K<IB3I，C4D; "K,#FBK<:，LM4D; N<IBO:#F
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通过实验测量了 P3QR
国 外 对 &!# 的 导 电 机 理 研 究 较 早 ， 01210345 研究了在 6--78-- 9 的温度范围内掺杂 */)#, 的半 导体 *+#)， 并 认 为 它 是 一 种 + 型 半 导 体 。 在 很 高 的温度下和 */ 浓度很低时，导电电子主要是由 */ 提供的，但对于如何能提供导电电子的机理未能 阐明。 :1;1<=> 研究 */ 掺杂的 *+#) 半导体的电阻 率和氧分压间的关系后指出，高于 ?)@ 9 ，氧空位 施 主 占 优 势 。 <1A1B=>C= 等 人 研 究 了 掺 */ 的 *+#) 半导体的电导在不同温度和氧分压下的关系，提 出氧分压 D6 B= 时， */ 离子主要以 */EF存在， （即 ，低于此氧分压则转变成 */,F。在较高 */EF是施主） 氧分压下， *+#) 半 导 体 的 主 要 缺 陷 结 构 为 双 电 离
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锑掺杂二氧化锡涂覆型导电纤维力电行为研究
摘
要 ： 导 电纤维作 为一种 功能 纤维 ，具 有 电阻 “ 正
和 报道不 多 。本 文 以锑 掺杂 二氧化锡 （ Ｔ Ａ Ｏ）为导 电粉 体， 以聚 己内酰 胺 （ Ａ６ Ｐ ）纤 维为基 体纤维 ，制 备 了具 有 较 好 导 电 耐 久 性 的 Ａ Ｏ Ｐ ６ 导 电纤 维 ， 讨 论 了 Ｔ ／Ａ Ａ ＯＰ Ｔ ／Ａ６导 电纤维体积 比电阻随拉 伸应 力 的变 化 ， 并建 立 了数学模 型 ，为进一 步研 究其力 电行为奠 定了基础 。
中 ，纤维长度 ６ ｍ ０ ｍ，两端采 用胶 带固定后 ，将 纸框从
中 间剪 断 ，用 Ｌ Ｙ０ 型 电子 纤 维 强力仪 在 拉伸速 率 Ｌ －６ ２ ｍｍ／ ｎ 下 ，将待 测 纤 维试 样 拉伸 到一 定 程度 ，用 ０ ｍｉ Ｄ ２３ Ｚ ６ １型绝缘 电阻仪测试 纤维试 样 电阻。 和 Ｌ分别 为纤维拉伸 前后 的长度 ，Ｒ 和 尺 分 别为纤维 拉伸 前后 。
相 对湿度 ５ ％。 ０
用莱州 电子 仪器有 限公 司 Ｌ Ｙ ０ Ｌ －６型 电子纤 维强力 仪 测试纤维试 样力 学性 能 ，纤维长度 １ｍｍ，拉伸 速率 ０ ２ ｍｍ／ ｎ ０ ｍｉ ，测试温 度 ２ ℃ ，相对湿度 ５ ％。纤 维的力 ０ ０ 电行为测试 如 图 １ 所示 ， 将待测 纤维垂试 样直置 入纸框
维普资讯
金
欣 等 ：锑 掺 杂 二氧 化 锡涂 覆型 导 电 纤 维力 电行 为研 究
５９ ２
锑掺 杂二氧 化锡 涂覆 型导 电纤维 力 电行为研 究
金 欣 ，王 闻宇 ２ 肖长发
（ ． 工业大 学 材料 科学与 化学工程 学 院，天津 市改性与 功能纤 维重点实 验室 ，天津 ３ ０ ６ ； １ 天津 ０ １０ ２天津 爱勒 易医药材 料科 技有 限公司 ，天津 ３ ０ ８ ） ． ０ ３４
锑掺杂二氧化锡纳米导电浆料的制备与防静电应用
脂 中， 添加 量 为 １ ． ５ ％ 时， 涂 层 的 电 阻率 为 １ ０ ｎ ・ ｅ ｌ Ｔ Ｉ ， 可见 光 透 过 率 为 ８ ７ ％。 关 键 词 ：锑 掺 杂二 氧化 锡 纳米 导 电粉 体 ；环氧 地 坪 ；防静 电 中 图分 类 号 ：Ｔ Ｑ ６ ３ ０ ． ７ 文 献 标识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１ ０ ０ ９ — １ ６ ９ ６ （ ２ ０ １ ４） ０ １ — ０ ０ １ ３ — ０ ５
对绝缘基体 防静 电效果越好 ， 但小粒径 金属粉体 更
［ 收稿 日期 】 ２ ０ １ ３ — １ １ － ０ ６
【 通信 作者 】 张建荣 ， 博士 ， 副教授 ， பைடு நூலகம்期从事二氧化锡纳米新材料 的研 究 、 开发及其产业化 。
１ ４
上海涂料
第５ ２ 卷
存在不能对涂料进行高速乳化剪切 、 砂磨等处理 的问
使用 成本。 在必 须使用上述 透明导 电粉体 和达到相 同防静 电效果 的情 况下 ， 尽量 降低粉体 的使 用量成
为必 然选 择 。
目前环 氧地坪 的防静 电主要 采用浅色的导 电云
母粉 ， 电 阻率 要 达 到 １ ０ 。Ｑ ・ ｃ ｍ时 ， 导 电云 母 粉 的 使 用 量 基 本 上 为涂 料 的 ２ ５ ％左右 ， 导 电 云母 粉 的价
电粉体从 云母粉表面剥落 ， 从而丧失导电能力 。 这样 使得添加了导电云母粉的环氧涂料必须在短时间内用 完， 否则涂料 的防静电效果将大大降低 ， 同时也增加
了地 坪 施工 企 业 的使 用 成 本 。此外 ， 彩 砂环 氧 地 坪 也 逐 渐 被 人们 所 接 受 ， 如对 其 增加 防静 电功 能 ， 则 导 电 云母粉 因颜 色 问题 以及不 透 明外观 而根 本无 法使 用 。
对绝缘基体 防静 电效果越好 ， 但小粒径 金属粉体 更
［ 收稿 日期 】 ２ ０ １ ３ — １ １ － ０ ６
【 通信 作者 】 张建荣 ， 博士 ， 副教授 ， பைடு நூலகம்期从事二氧化锡纳米新材料 的研 究 、 开发及其产业化 。
１ ４
上海涂料
第５ ２ 卷
存在不能对涂料进行高速乳化剪切 、 砂磨等处理 的问
使用 成本。 在必 须使用上述 透明导 电粉体 和达到相 同防静 电效果 的情 况下 ， 尽量 降低粉体 的使 用量成
为必 然选 择 。
目前环 氧地坪 的防静 电主要 采用浅色的导 电云
母粉 ， 电 阻率 要 达 到 １ ０ 。Ｑ ・ ｃ ｍ时 ， 导 电云 母 粉 的 使 用 量 基 本 上 为涂 料 的 ２ ５ ％左右 ， 导 电 云母 粉 的价
电粉体从 云母粉表面剥落 ， 从而丧失导电能力 。 这样 使得添加了导电云母粉的环氧涂料必须在短时间内用 完， 否则涂料 的防静电效果将大大降低 ， 同时也增加
了地 坪 施工 企 业 的使 用 成 本 。此外 ， 彩 砂环 氧 地 坪 也 逐 渐 被 人们 所 接 受 ， 如对 其 增加 防静 电功 能 ， 则 导 电 云母粉 因颜 色 问题 以及不 透 明外观 而根 本无 法使 用 。
锑掺杂量对ATO薄膜结构及光、电性能的影响
Ａ ｓ ａｔＵ ｉｇｓｌ ｅ ｍ ｔｏ ｎ ｉ ｎ Ｉ ａｄＳ Ｃ３ ｓｒ ａ ｒ ｌ，ｎｉ ｏｙｄｐｄｔ ｘｄ （ Ｔ ｂｔ ｃ ： ｓ ｏ—ｇｌ ｅ ｄａ ｄｗｔ Ｓ Ｃ４ ｎ ｂ Ｉ ａ ａ ｍ ｔ ａ ａｔ ｎ ｏｅ ｎｏｉｅ Ａ Ｏ）ｆｍ ｒ ｎ ｈ ｈ ｗ ｅ ｓ ｉ ｍ ｉ ｉｓ ｌ
Ｙａ ｇ Ｂ ｏ ｉ ｇ ， ｈ ｎ ａ ｈ ａ一 ， ｈ ｎ ａｌ ｎ Ｃ ｉ ｉｆｎ ＪａＪ ｎ ｏ ｇ Ｉ ｗｅ ｎ ａ ｐｎ Ｚ ｏ ｇ Ｘｉｏ ｕ Ｚ ａ ｇＸｉｏｉ ｇ ， ｕ ｎｅ ｇ ，ｉ ｕ ｈ ｎ 。 Ｇｅ ｎ ａ Ｊ Ｙｉ
（． ｃｏｌｆＰ ｔ ｃｅ ｃｌ ｅｈ ｏ ｇ ，ａｚｏ ｎｖｒｔ ｏ Ｔｃｎｌ ｙ Ｌｎｈｕ７ ０ ５ ，ｈｎ Ｉ Ｓｈｏ ｏ ｅ ｏｈｍｉ ｃｎｌ ｙ Ｌ ｒｈ ｕＵ ｉ ｓｙｆ ｅｈ ｏ ｇ ，ａｚｏ ３０ ０ Ｃ ｉ ｒ ａＴ ｏ ｔ ｅ ｉ ｏ ａ； ２ Ｓ ｔ ＫｙＬ ｂｒｔｙｏ ｌ ｕｒ ａｉ ，ａ ｚｏ ｓｔｔ ｏ ｈｍｃｌ ｈｓ ｓＣ ｉ ｓ Ａ ａｅ ｙｏ ｉ ｃｓ ． ｔ ｅ ｅ ａｏａｏ Ｓ ｉ Ｌ ｂｉ ｔ ｎ Ｌ ｎｈ ｕＩ ｔｕ Ｃ ｅ ｉ ｙｉ ，ｈｎ ｅ ｃｄｍ Ｓ ｅ ｅ） ａ ｒ ｆ ｏｄ ｃ ｏ ｎ ｉ ｅｆ ａＰ ｃ ｅ ｆ ｃｎ
第４ ４卷 第 １期
２１ ０ ２年 １月
无 机 盐 工 业
Ｉ ０ＲＧＡＮ Ｃ ＣＨＥ Ｃ Ｓ Ｉ Ｎ Ｉ ＭＩ ＡＬ ＮＤ量对 Ａ Ｏ薄 膜 结构 及 光 、 Ｔ 电性 能 的影 响 水
杨 保 平 钟 小 华 ， 。 张晓 亮。崔 锦峰 贾均红。易戈 文。 ， ， ，
中图分类号 ：Ｑ ３ ． １ Ｔ １５ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ６— ９ ０ ２ １ ） １ ０ １ ０ １０ ４９ （０ ２ Ｏ — ０９— ３
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第４ ４卷 第 １期
２１ ０ ２年 １月
无 机 盐 工 业
Ｉ ０ＲＧＡＮ Ｃ ＣＨＥ Ｃ Ｓ Ｉ Ｎ Ｉ ＭＩ ＡＬ ＮＤ量对 Ａ Ｏ薄 膜 结构 及 光 、 Ｔ 电性 能 的影 响 水
杨 保 平 钟 小 华 ， 。 张晓 亮。崔 锦峰 贾均红。易戈 文。 ， ， ，
中图分类号 ：Ｑ ３ ． １ Ｔ １５ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ６— ９ ０ ２ １ ） １ ０ １ ０ １０ ４９ （０ ２ Ｏ — ０９— ３
锑掺杂量对ATO薄膜结构及光、电性能的影响
万方数据万方数据万方数据锑掺杂量对ATO薄膜结构及光、电性能的影响作者：杨保平， 钟小华， 张晓亮， 崔锦峰， 贾均红， 易戈文， Yang Baoping， Zhong Xiaohua，Zhang Xiaoliang， Cui Jinfeng， Jia Junhong， Yi Gewen作者单位：杨保平,崔锦峰,Yang Baoping,Cui Jinfeng(兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州,730050)， 钟小华,Zhong Xiaohua(兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州730050;中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室)， 张晓亮,贾均红,易戈文,Zhang Xiaoliang,Jia Junhong,Yi Gewen(中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室)刊名：无机盐工业英文刊名：Inorganic Chemicals Industry年，卷(期)：2012,44(1)参考文献(10条)1.Zhang Daoli;Deng Zhibing;Zhang Jianbing Microstructure and electrical properties of antimony-doped tin oxide thin film deposited by sol-gel process[外文期刊] 2006(2/3)2.吕逵弟;余林;吴雅红二氧化锡超细粉体的制备及研究进展[期刊论文]-无机盐工业 2005(04)3.Li Lili;Mao Liming;Duan Xuechen Solvothermal synthesis and characterization of Sb-doped SnO2 nanoparticles used as transparent conductive films[外文期刊] 2006(03)4.彭迎慧;徐旺生配合-均相沉淀法制备纳米掺锑氧化锡[期刊论文]-无机盐工业 2008(03)5.孙跃枝;娄向东;李国强草酸溶解热解法制备二氧化锡及其气敏性能研究[期刊论文]-无机盐工业 2010(06)6.Jeon H J;Jeon M K;Kang M Synthesis and characterization of antimony-doped tin oxide (ATO) with nanometer-sized particles and their conductivities 2005(14/15)7.Terrier C;Chatelon J P;Roger J A Analysis of antimony doping in tin oxide thin films obtained by the sol-gel method[外文期刊] 1997(01)8.Krishnakumar T;Jayaprakash R;Pinna N Structural,optical and electrical characterization of antimony-substituted tin oxide nanoparticles[外文期刊] 2009(06)9.Terrier C;Chatelon J P;Berjoan R Sb-doped SnO2 transparent conducting oxide from the sol-gel dip-coating technique[外文期刊] 1995(01)10.Babar A R;Shinde S S;Moholkar A V Structural and optoelectronic properties of antimony incorporated tin oxide thin films 2010(02)本文链接：/Periodical_wjygy201201006.aspx。
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控制着 !#
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和
!#!"$%相对含量，即控制着材料的电导。范志新
［*+］
从晶体结构、氧化物半导体和薄膜物理的基本概 念出发，建立了氧化铟中锡掺杂载流子浓度公式， 并证明该浓度有极值存在，说明锡掺杂浓度有最 佳 值 。 该 极 值 为 !,-. /+01’2$ 3*+
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(’#）等。掺锑氧化锡（&!#）由于其低电阻率和
在可见光范围的高透光率而具有广阔的应用前景。 与工业用 $!# 相比， &!# 粉和 &!# 薄膜具有热稳 定性高和机械性能强等特点
［)］
#3!GH3F)IJF 6 #) )
（6）
GC4I+K 等人从热力学函数计算得知，在合适的
含氧气氛中加热掺杂 */ 的 *+#) 所得到的半导体是 价控半导体。 *+#) 中的 */)#, 在加热过程中氧化成 ・ */)#L， 而 它 可 看 成 由 */)#, */,#E 组 成 ， 即 */,F 不 可能全部氧化成 */EF。 国内薄占满最早研究锑掺杂二氧化锡半导体 的导电机理。他
［E］
。
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国 外 对 &!# 的 导 电 机 理 研 究 较 早 ， 01210345 研究了在 6--78-- 9 的温度范围内掺杂 */)#, 的半 导体 *+#)， 并 认 为 它 是 一 种 + 型 半 导 体 。 在 很 高 的温度下和 */ 浓度很低时，导电电子主要是由 */ 提供的，但对于如何能提供导电电子的机理未能 阐明。 :1;1<=> 研究 */ 掺杂的 *+#) 半导体的电阻 率和氧分压间的关系后指出，高于 ?)@ 9 ，氧空位 施 主 占 优 势 。 <1A1B=>C= 等 人 研 究 了 掺 */ 的 *+#) 半导体的电导在不同温度和氧分压下的关系，提 出氧分压 D6 B= 时， */ 离子主要以 */EF存在， （即 ，低于此氧分压则转变成 */,F。在较高 */EF是施主） 氧分压下， *+#) 半 导 体 的 主 要 缺 陷 结 构 为 双 电 离
［L］
。
&!# 为 一 种 具 有 优 异 导 电 性 能 的 金 属 氧 化 物
复合粉，可作透明导电膜材料，其制备和应用研 究目前在国内外都相当广泛，国外所用的抗静电 膜主要是在涂层材料中加入 &!# 粉。 &!# 超细导 电粉可以广泛应用于抗静电塑料、纤维、涂料、 显示器用 “三防”涂层材料、红外吸收隔热材料、 气敏元件、太阳能电极材料等，极具发展潜力。
SIQ 工艺制备的 */ 掺杂 *+#) 薄膜载流子浓度、迁
移率、电阻率、膜厚、紫外R 可见光区透射率、反 射率等性质，研究了 */ 掺杂 *+#) 薄膜电学与光学 性质。指出未掺杂时 &!# 以氧缺位施主导电为主， 其值 !I 可达 @T8U6-6V 4.W,； */ 掺杂后， !I 在 */XY
掺 杂 的 "#$% 又 称 为 透 明 导 电 氧 化 物 （ =>$ ） ，
微纳电子技术
!""# 年第 # 期
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纳米材料与结构
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常见的 !"# 有铟锡氧化物 （ $!# ） 、掺氟或掺锑氧 化 锡 （ %!# 、 &!#） 、 掺 铝 或 掺 镓 氧 化 锌 （ &’#、 的氧空位
为 电 导 率 ，" 为 载 流 子 浓 度 ，# 为 载 流 子 价 态 ，$ 为电子电荷，% 为绝对迁移率（单位作用力下的载 流子漂移速度） ）和根据粉体电阻公式 &/#&:%#& 4%
子紧密相邻外，接下来就是与本元胞内的 ? 个顶 点处的锡离子及上下左右前后 2 个相邻元胞中体 心处的锡离子相邻。因此可以设想，当一个锑替 位离子的周围及近邻的 *6 个锡离子格点上还有一 个 锑 替 位 离 子 时 ， 即 锑 掺 杂 含 量 达 到 ’（ @ *6 %*） 时，出现晶格畸变，离化杂质散射，使电导率和 透光率性能都下降。当一个氧空位的周围 *’ 个氧离 子中还有一个氧空位时，即氧空位含 量 达 到 ’ @ *$ 时，晶格畸变严重，导致结构不稳定，破坏了结 晶 性 也 不 能 提 高 电 导 率 。 前 面 讲 到 ， ;89 属 于 " 型半导体，而 半 导 体 的 电 导 率 ! 主 要 取 决 于 半 导 体中载流子的浓度和迁移率。! 的理论计算公式为
C4D; E:<#BFG<#F，=4D; HIBJ<#F，=4D; >K<IB3I，C4D; "K,#FBK<:，LM4D; N<IBO:#F
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增加，并与施主能级 !#&%发生补偿作用，减少了有 效载流子浓度，同时，提高掺杂浓度使粉末颗粒 度减小，导致 # & 4 和 # & # 增大。另外，随着掺杂 浓度的提高，载流子和杂质相遇的机会越来越多， 杂质离子对载流子的散射加强，影响了载流子的 迁移率 % ，这两种作用都使粉末电阻增大，导电能 力下降，即二氧化锡中锑掺杂的电导率存在理论 上限。 关于 ;89 和 789 的最佳掺杂问题，范志新等 人
’ 根据材料的电导率公式 !/" （#$ ） % （式中， !
曾对二氧化锡的最佳掺杂含量理论表达式、
789 薄膜载流子浓度的理论上限作过探讨，但未对 ;89 的电 导 率 的 理 论 最 大 值 进 行 计 算 ， 本 文 就 此
问题进行了研究计算。
$
理论计算
在 !"9’ 晶体中，每个锡离子除了与 2 个氧离
， JK, JK,IVQ 1<R 0I#&G0J:3:U:JQ IP 4=$ :5 )*%!A \!)9（ !・ !*9Z8 （ [G<U:JQ O,V0,#J ） 34） 5"， =K, ・ 0I#JV:3GJ:I# IP JK, IRQF,# S<#00:,5 JI 4=$ 0I#&G0J:3:U:JQ :5 "%’)*!+)@\!)9（! 34）5"?
)
导电机理
为使金属氧化物具有导电性，必须使费米半
球的重心偏离动量空间原点，使被电子占据的能 级和空能级之间不存在能隙 （禁带） ，否则一束光 入射会很容易引起光电效应。光子由于激发了电 子失去能量而衰减，为了不产生光电效应，要求 “禁带”宽度必须大于光子能量， *+#)“禁带”宽 度与 ,-- +. 波长的紫外线相对应，足以通过可见 光 。 如 果 *+#) 太 纯 ， 则 导 电 性 较 差 ， 但 可 利 用 “载流子密度”与 “杂质半导体”性质的关系加以 解决。即将 */ 作 “施主”按一定比例掺杂，增加 载流子密度，从而出现空穴导电，这样就能得到 吸收紫外、反射红外，透过可见光的 &!# 透明导 电膜
在研究了较高温度下锑掺杂二
氧化锡的导电机理后认为， *+#) 中掺杂 */)#,，在 半 密 封 及 ?E- 9 以 上 条 件 下 */)#, 转 化 为 */)#L （*/)#, ・ ，它能固熔到 *+#) 中，使它半导化。 */)#E） 温度在 ?E-766-- 9 时 */)#, ・ */,#E 中的 */EF使 *+#) 的半导化程度提高，而在 6)-- 9 时使 *+#) 半导化 的是 */EF和双电离的氧空位 GH3。 *53M>1 N A5 等人 认为，&!# 粉体的载流子主要为替代 *+LF进入晶格 的 */,F 转 化 为 */EF 时 所 产 生 的 自 由 电 子 ， 因 而 在
%’() !"!#
&% !"
控制着 !#
&% !"
和
!#!"$%相对含量，即控制着材料的电导。范志新
［*+］
从晶体结构、氧化物半导体和薄膜物理的基本概 念出发，建立了氧化铟中锡掺杂载流子浓度公式， 并证明该浓度有极值存在，说明锡掺杂浓度有最 佳 值 。 该 极 值 为 !,-. /+01’2$ 3*+
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(’#）等。掺锑氧化锡（&!#）由于其低电阻率和
在可见光范围的高透光率而具有广阔的应用前景。 与工业用 $!# 相比， &!# 粉和 &!# 薄膜具有热稳 定性高和机械性能强等特点
［)］
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（6）
GC4I+K 等人从热力学函数计算得知，在合适的
含氧气氛中加热掺杂 */ 的 *+#) 所得到的半导体是 价控半导体。 *+#) 中的 */)#, 在加热过程中氧化成 ・ */)#L， 而 它 可 看 成 由 */)#, */,#E 组 成 ， 即 */,F 不 可能全部氧化成 */EF。 国内薄占满最早研究锑掺杂二氧化锡半导体 的导电机理。他
［E］
。
通过实验测量了 P3QR
国 外 对 &!# 的 导 电 机 理 研 究 较 早 ， 01210345 研究了在 6--78-- 9 的温度范围内掺杂 */)#, 的半 导体 *+#)， 并 认 为 它 是 一 种 + 型 半 导 体 。 在 很 高 的温度下和 */ 浓度很低时，导电电子主要是由 */ 提供的，但对于如何能提供导电电子的机理未能 阐明。 :1;1<=> 研究 */ 掺杂的 *+#) 半导体的电阻 率和氧分压间的关系后指出，高于 ?)@ 9 ，氧空位 施 主 占 优 势 。 <1A1B=>C= 等 人 研 究 了 掺 */ 的 *+#) 半导体的电导在不同温度和氧分压下的关系，提 出氧分压 D6 B= 时， */ 离子主要以 */EF存在， （即 ，低于此氧分压则转变成 */,F。在较高 */EF是施主） 氧分压下， *+#) 半 导 体 的 主 要 缺 陷 结 构 为 双 电 离
［L］
。
&!# 为 一 种 具 有 优 异 导 电 性 能 的 金 属 氧 化 物
复合粉，可作透明导电膜材料，其制备和应用研 究目前在国内外都相当广泛，国外所用的抗静电 膜主要是在涂层材料中加入 &!# 粉。 &!# 超细导 电粉可以广泛应用于抗静电塑料、纤维、涂料、 显示器用 “三防”涂层材料、红外吸收隔热材料、 气敏元件、太阳能电极材料等，极具发展潜力。
SIQ 工艺制备的 */ 掺杂 *+#) 薄膜载流子浓度、迁
移率、电阻率、膜厚、紫外R 可见光区透射率、反 射率等性质，研究了 */ 掺杂 *+#) 薄膜电学与光学 性质。指出未掺杂时 &!# 以氧缺位施主导电为主， 其值 !I 可达 @T8U6-6V 4.W,； */ 掺杂后， !I 在 */XY
掺 杂 的 "#$% 又 称 为 透 明 导 电 氧 化 物 （ =>$ ） ，
微纳电子技术
!""# 年第 # 期
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纳米材料与结构
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常见的 !"# 有铟锡氧化物 （ $!# ） 、掺氟或掺锑氧 化 锡 （ %!# 、 &!#） 、 掺 铝 或 掺 镓 氧 化 锌 （ &’#、 的氧空位
为 电 导 率 ，" 为 载 流 子 浓 度 ，# 为 载 流 子 价 态 ，$ 为电子电荷，% 为绝对迁移率（单位作用力下的载 流子漂移速度） ）和根据粉体电阻公式 &/#&:%#& 4%
子紧密相邻外，接下来就是与本元胞内的 ? 个顶 点处的锡离子及上下左右前后 2 个相邻元胞中体 心处的锡离子相邻。因此可以设想，当一个锑替 位离子的周围及近邻的 *6 个锡离子格点上还有一 个 锑 替 位 离 子 时 ， 即 锑 掺 杂 含 量 达 到 ’（ @ *6 %*） 时，出现晶格畸变，离化杂质散射，使电导率和 透光率性能都下降。当一个氧空位的周围 *’ 个氧离 子中还有一个氧空位时，即氧空位含 量 达 到 ’ @ *$ 时，晶格畸变严重，导致结构不稳定，破坏了结 晶 性 也 不 能 提 高 电 导 率 。 前 面 讲 到 ， ;89 属 于 " 型半导体，而 半 导 体 的 电 导 率 ! 主 要 取 决 于 半 导 体中载流子的浓度和迁移率。! 的理论计算公式为
C4D; E:<#BFG<#F，=4D; HIBJ<#F，=4D; >K<IB3I，C4D; "K,#FBK<:，LM4D; N<IBO:#F
（"#$%%& %’ ()*+&&,-./#+& "#/)0#) +01 2)#$0%&%.3 ， 4)0*-+& "%,*$ 50/6)-7/*3 ， 4$+0.7$+ 9!))/2 ， 4$/0+）
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增加，并与施主能级 !#&%发生补偿作用，减少了有 效载流子浓度，同时，提高掺杂浓度使粉末颗粒 度减小，导致 # & 4 和 # & # 增大。另外，随着掺杂 浓度的提高，载流子和杂质相遇的机会越来越多， 杂质离子对载流子的散射加强，影响了载流子的 迁移率 % ，这两种作用都使粉末电阻增大，导电能 力下降，即二氧化锡中锑掺杂的电导率存在理论 上限。 关于 ;89 和 789 的最佳掺杂问题，范志新等 人
’ 根据材料的电导率公式 !/" （#$ ） % （式中， !
曾对二氧化锡的最佳掺杂含量理论表达式、
789 薄膜载流子浓度的理论上限作过探讨，但未对 ;89 的电 导 率 的 理 论 最 大 值 进 行 计 算 ， 本 文 就 此
问题进行了研究计算。
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理论计算
在 !"9’ 晶体中，每个锡离子除了与 2 个氧离
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导电机理
为使金属氧化物具有导电性，必须使费米半
球的重心偏离动量空间原点，使被电子占据的能 级和空能级之间不存在能隙 （禁带） ，否则一束光 入射会很容易引起光电效应。光子由于激发了电 子失去能量而衰减，为了不产生光电效应，要求 “禁带”宽度必须大于光子能量， *+#)“禁带”宽 度与 ,-- +. 波长的紫外线相对应，足以通过可见 光 。 如 果 *+#) 太 纯 ， 则 导 电 性 较 差 ， 但 可 利 用 “载流子密度”与 “杂质半导体”性质的关系加以 解决。即将 */ 作 “施主”按一定比例掺杂，增加 载流子密度，从而出现空穴导电，这样就能得到 吸收紫外、反射红外，透过可见光的 &!# 透明导 电膜
在研究了较高温度下锑掺杂二
氧化锡的导电机理后认为， *+#) 中掺杂 */)#,，在 半 密 封 及 ?E- 9 以 上 条 件 下 */)#, 转 化 为 */)#L （*/)#, ・ ，它能固熔到 *+#) 中，使它半导化。 */)#E） 温度在 ?E-766-- 9 时 */)#, ・ */,#E 中的 */EF使 *+#) 的半导化程度提高，而在 6)-- 9 时使 *+#) 半导化 的是 */EF和双电离的氧空位 GH3。 *53M>1 N A5 等人 认为，&!# 粉体的载流子主要为替代 *+LF进入晶格 的 */,F 转 化 为 */EF 时 所 产 生 的 自 由 电 子 ， 因 而 在