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景德镇陶瓷学院测试技术综合性实验题目：溶胶-凝胶法制备掺氟二氧化锡（FTO）透明导电薄膜学号：姓名：院（系）：专业：指导教师：二○一○年十二月溶胶-凝胶法制备掺氟二氧化锡（FTO）透明导电薄膜摘要透明导电薄膜是一种重要的光电材料,透明导电薄膜既有高导电性，又在可见光范围内有很高的透光性，在光电产业中有着很高的应用前景,己经成为微电子学、光电子学、磁电子学、材料表面改性、传感器、太阳能利用、液晶显示等新兴交叉科学的重要材料基础。
透明导电薄膜本身具有高的载流子浓度，是电的良导体;并在不同的电磁波频率范围内具有光选择性，它会反射红外光，并吸收紫外光，又使可见光穿透。
由于具有这些优异的特性，使其在太阳能电池、液晶显示器、气体传感器、飞机和汽车导热窗玻璃(防雾和防结冰)等领域得到广泛应用。
透明导电薄膜的质量主要体现在薄膜的结构、表面形貌、在其可见光区的透射率和电阻率。
FTO即SnO2掺杂F的透明导电薄膜材料，因其具有良好的透光率，导电性等光电特性，现今已愈来愈受到导电薄膜界的重视。
本文以溶胶一凝胶法制备出FTO透明导电薄膜。
经XRD分析表明，FTO薄膜为四方金红石结构，其晶格常数为:a=0.4738nm，c=0.3191nm，晶粒大小为40.5nm.扫描电镜拍照了它的表观形貌,如图4所示。
从图4中看出,膜表面由均匀致密的晶粒组成。
关键词：二氧化锡 FTO薄膜溶胶-凝胶法透明导电薄膜1前言综述国内外关于氧化锡透明导电薄膜制备的有关文献，掺氟氧化锡薄膜的制备主要是以喷涂、高温热分解、CVD等方法为主，氟源主要是NH4F或HF，用溶胶一凝胶法的很少，原因在于掺杂剂的选择非常困难，尤其对于无机盐溶胶一凝胶法来说更是如此，如何选择掺杂剂使得在能够有效掺杂的条件下不影响薄膜的质量，应该是溶胶一凝胶法法制备FTO薄膜的首要问题。
2实验过程2.1以金属无机盐氯化亚锡为原料，利用溶胶一凝胶法制备二氧化锡溶胶，然后用提拉法制备FTO透明导电薄膜，薄膜用500摄氏度进行热处理，热处理后用玻璃刀把薄膜裁成3mm*3mm大小样品；将二氧化锡溶胶烘干后500摄氏度煅烧成粉末，用研钵进行研磨，细度要求过200目筛。
磁控溅射薄膜金属的制备黎明烟台大学环境与材料工程学院山东烟台111E-mail:1111111@摘要: 金属与金属氧化物在气敏、光催化与太阳能电池等方面有着极为重要的应用，通过磁控溅射法制备的金属氧化物薄膜，具有纯度高、致密性好、可控性强、与基底附着性好等优点，因此磁控溅射技术被广泛应用于工业化生产制备大面积、高质量的薄膜。
我们通过磁控溅射法制备了氧化铜纳米线阵列薄膜，并研究了其气敏性质；除此之外，我们还通过磁控溅射法制备了TiO2/WO3复合薄膜，研究了两者之间的电荷传输性质关键词：磁控溅射;气敏性质;光电性质Magnetron sputtering metal film preparationLiMingEnvironmental and Materials Engineering, Yantai UniversityShandong Yantai111E-mail:1111111@Abstract:GAasMetal and metal oxide have important applications in gas-sensing, photocatalyst and photovoltaics, etc. The metal oxide film prepared by magnetron sputtering technique possesses good qualities, such as high purity, good compactness, controllability and excellent adhesion. Therefore magnetron sputtering technique is widely used to prepare large area and high quality films in industrial production. In our work, CuOnanowires (NWs) array films were synthesized by magnetron sputtering. Their gas-sensing properties were also investigated. Except this, WO3/ TiO2nanocomposite films were synthesized by magnetron sputtering and their dynamic charge transport properties were investigated by the transient photovoltage technique. KeyWords :Gmagnetron Sputtering, Photo-electric Properties, Gas-sensing Properties1绪论磁控溅射由于其显著的优点应用日趋广泛，成为工业镀膜生产中最主要的技术之一，相应的溅射技术与也取得了进一步的发展!非平衡磁控溅射改善了沉积室内等离子体的分布，提高了膜层质量；中频和脉冲磁控溅射可有效避免反应溅射时的迟滞现象，消除靶中毒和打弧问题，提高制备化合物薄膜的稳定性和沉积速率；改进的磁控溅射靶的设计可获得较高的靶材利用率；高速溅射和自溅射为溅射镀膜技术开辟了新的应用领域。
《稀土掺杂TiN薄膜的制备及性能调控》篇一一、引言稀土掺杂TiN薄膜因其独特的物理和化学性质，近年来在微电子、光电子及磁学等众多领域受到了广泛的关注。
这种材料具备优良的导电性、热稳定性和光吸收特性，因此对于稀土掺杂TiN薄膜的制备工艺及性能调控方法的研究具有重大的理论和实际应用价值。
本文旨在研究稀土掺杂TiN薄膜的制备过程以及性能调控技术，并深入分析其相关特性。
二、实验原理TiN是一种稳定的陶瓷材料，具备较高的硬度和优良的导电性。
稀土元素（如镧、铈、钇等）具有特殊的电子结构和磁学性质，其掺杂可以有效改变TiN薄膜的物理和化学性质。
在制备过程中，我们主要利用磁控溅射、溶胶-凝胶或脉冲激光沉积等工艺制备出稀土掺杂的TiN薄膜。
三、实验材料及方法（一）材料准备实验所需的主要材料包括钛靶材、稀土氧化物以及基底材料（如硅片或玻璃）。
所有材料均需进行严格的清洗和预处理，以确保薄膜的质量和性能。
（二）制备工艺我们采用磁控溅射法进行薄膜的制备。
首先，将钛靶材放置在溅射设备中，并在真空中对钛靶材进行预溅射，以清洁表面。
然后，通过调节气氛中的氮气和氩气的比例，利用等离子体将氮离子和氩离子一起溅射到基底上，形成TiN薄膜。
在溅射过程中，通过控制稀土氧化物的掺杂量，可以制备出不同稀土含量的TiN 薄膜。
四、性能调控（一）稀土掺杂量的调控通过改变稀土氧化物的掺杂量，可以有效地调控TiN薄膜的导电性、光学性质和磁学性质。
适量的稀土掺杂可以显著提高薄膜的导电性和光学吸收性能，而过度掺杂则可能导致薄膜的性能下降。
因此，在制备过程中需要精确控制稀土掺杂量。
（二）热处理工艺的优化热处理是提高TiN薄膜性能的重要手段。
通过在适当的温度下对薄膜进行热处理，可以改善其结晶性、减少内部应力并提高薄膜与基底的附着力。
此外，热处理还可以改变稀土元素在薄膜中的分布和价态，从而进一步影响薄膜的性能。
五、性能分析（一）结构分析通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等手段对TiN薄膜的结构进行分析，可以了解其晶体结构、晶粒大小和表面形貌等信息。
制作氧化锡薄膜的方法
制作氧化锡薄膜的常见方法有物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）两种方法。
1. 物理气相沉积（PVD）：
- 蒸发沉积：将金属锡加热至其蒸汽压达到一定值，让其蒸发在基底表面上形成氧化锡薄膜。
- 磁控溅射：使用带有金属锡靶的溅射装置，施加高频电场使锡离子释放，然后沿着惰性气体（如氩气）形成的轨道击中基底表面。
2. 化学气相沉积（CVD）：
- 热CVD：通过在高温（通常在200-1000°C）下将有机锡化合物（如四氯化锡）与氧气反应，使其降解沉积在基底表面形成氧化锡薄膜。
- 气相沉积：以液体有机锡化合物为前体，在低温下（通常在50-150°C）通过气相喷雾使其与氧气反应，形成氧化锡薄膜。
无论是PVD还是CVD方法，制备氧化锡薄膜的具体条件（如温度、气氛、前体物质等）都会对薄膜的性质产生影响，并且需要确保在制备过程中薄膜与空气中的氧气反应以形成氧化锡。
F掺杂SnO2纳米粉体的燃烧合成王海文1徐秀娟1李秀花1张建荣1,2高濂2(1华东理工大学先进材料教育部重点实验室,上海200237;2中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050)摘要:以金属锡和H F为原料采用燃烧合成法合成得到了F掺杂SnO2纳米颗粒。
燃烧反应中甘氨酸为燃料,硝酸为氧化剂。
采用XRD,BET,TE M和EDS等分析手段对合成得到的FTO进行了表征。
结果显示,F的掺杂促进了Sn O2基体晶粒的长大,所得到的粉体团聚较少,呈单分散状态。
关键词:纳米粉体;氧化锡;掺杂透明导电氧化物(transparent conductive ox-i d e,TCO)材料由于具有10-48#c m以上数量级的导电能力以及在可见光区域高度的透过率而成为现在光电子产业的基础,如在液晶显示、电致变色、太阳能电池等。
该系列材料还具有强烈反射红外线的特性,利用这种特性,还可以制作成隔热节能玻璃,如冰柜玻璃和大面积的建筑膜墙玻璃。
最常用的透明导电氧化物为铟锡氧化物(indiu m ti n ox i d e,I TO),其具有最佳的导电能力,但I T O由于金属铟的稀缺性大大限制了该材料的大面积的推广。
建筑耗能已占我国能耗的27%,要降低建筑能耗,只有采用成本低廉、高效的隔热玻璃。
价格低廉的SnO2在掺杂Sb,F等元素后同样具有高的导电能力,可见光透过率以及红外反射能力,是I TO材料的有效替代材料,近年来得到迅猛的研究和应用。
如在染料敏化太阳能电池的制作中为解决I T O材料的高温导电能力下降的问题,常采用FTO玻璃或在I TO表面再镀FTO膜层,FTO此外还具有优良的化学、机械稳定性[1~4]。
FTO玻璃已成为新一代薄膜太阳能电池透明电极的有效选择。
目前国际上还只有美国皮尔金顿,日本旭硝子公司可以采用CVD在线工艺生产FTO薄膜,国内秦皇岛耀华玻璃公司可以提供小尺寸的FTO玻璃。
FTO材料通常都以薄膜形式应用,最近对其纳米粉体的研究也开始成为热点。
氟掺杂氧化锡电极材料
氟掺杂氧化锡（FTO）是一种透明导电氧化物，主要用于染料敏化太阳能电池及钙钛矿太阳能电池的透明电极。
FTO继承了二氧化锡材料的化学稳定性，能耐酸、碱和大气环境的侵蚀，也能耐受500℃以上的高温退火处理。
氟作为施主杂质主要以替位取代方式占据二氧化锡晶格中氧原子的格位，理论上每个氟原子会在二氧化锡导带中引入一个自由电子。
氟掺杂二氧化锡薄膜载流子浓
度可达5×10²⁰/厘米³以上，电阻率接近1×10⁻⁴欧·厘米。
此外，FTO的光学带隙超过3.6电子伏，在可见光谱范围内平均透过率超过80%，
但在近红外波段具有很高的反射率。
其制备方法主要有化学气相沉积、喷雾热解、磁控溅射等，原料廉价易得。
与常用的氧化铟锡（ITO）相比，FTO不仅同样具有高透明性和电导性，而且从稀有金属资源保护的观点来看，具有更高的利用价值。
此外，FTO的耐热性也优于ITO，使其在高温环境下仍能保持稳定的性能。
因此，氟掺杂氧化锡作为电极材料在电化学和光电化学领域得到了广泛应用。
同时，FTO还具有较低的光吸收特性和灵活的导电性能，使其能够适用于传感器、数字显示器、智能窗口涂料、催化剂支架等多种应用领域。
总的来说，氟掺杂氧化锡作为一种优秀的电极材料，在未来的科学技术发展中有着广阔的应用前景。
ＳＮＯ2掺Ｓｂ薄膜导电机理【摘要】：透明导电膜是一种重要的光电材料，应用广泛。
对SnO2薄膜电学性能的研究表明，适量的Sb掺杂能显著提高薄膜的导电性能，但是过量的掺杂会导致导电性能的下降。
【关键词】：透明导电薄膜；导电性能；锑掺杂二氧化锡薄膜；导电率中国分类号：TP396 文献标识码：A 文章编号：1002-6908（2007）0220020-01近年来，随着科学技术的发展，高分辨率，大尺寸平面显示器，太阳能电池，节能红外反射膜，电致变色窗等广泛应用，对透明导电薄膜的需求愈来愈大。
透明导电薄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、塑料液晶显示器等领域。
这就要求透明导电薄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，将透明导电薄膜分为金属透明导电薄膜、氧化物透明导电薄膜、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注目，特别是采用SnO2为本要成分的SnO2掺Sb（简称ATO）薄膜。
1.导电机理1.1 纯SnO2薄膜SnO2是一种n型半导体，禁带宽度Eg大于3eV，有高的透光性。
SnO2薄膜的特点是膜强度好，具有优良的化学稳定性，具有光学各向异性的特点。
如果SnO2薄膜的成分太纯，则导电性和透明性互相矛盾。
理论上纯净的SnO2薄膜导电性很差，但就实际薄膜而言，Sn原子往往会局部过剩，过剩的Sn原子起着施主作用，多余的电子将占据能量高于禁带的导带中一部分能级，所以能表现出导电性能。
1.2 掺Sb的SnO2薄膜研究发现，SnO2薄膜的组成偏离化学计量比，可以采取掺杂的办法提高薄膜的导电率，使其具有高的导电性。
SnO2晶体是四方相金红石结构，正负离子配位数为6：3，每一个Sn离子都与6个O离子相邻，每个O离子都与3个Sn 离子相邻，掺入Sb离子容易成为替位离子占据Sn离子的位置。
Sb5+离子占据晶体格中Sn离子的位置，形成一个一价正电荷中心和一个多余的价电子，这个价电子挣脱束缚而成为导电电子。
FTO导电基底详解**引言：**FTO，即氟锑锡氧（Fluorine-doped Tin Oxide），是一种导电性能良好的透明导电氧化物薄膜材料。
在光电领域，FTO导电基底常用作太阳能电池、光电探测器等器件的基底材料。
本文将详细探讨FTO导电基底的组成、制备方法、特性及在光电器件中的应用。
**FTO导电基底的组成：**FTO导电基底主要由氧化锡（SnO₂）和氟（F）元素组成。
氟锑锡氧的掺杂使得材料既保持了氧化锡的导电性，又具有了较好的光透明性。
氟元素的引入有助于提高导电性能，同时使膜层更透明。
**FTO导电基底的制备方法：**1. **物理气相沉积（PVD）：** 采用PVD方法，在基底表面沉积氧化锡薄膜，然后通过高温处理和掺杂处理引入氟元素，形成FTO导电基底。
2. **溶液法：** 通过将含锡和氟的前驱体溶解在溶剂中，然后在基底上涂覆，经过烧结和退火等步骤制备FTO导电薄膜。
3. **磁控溅射法：** 利用磁场加速离子轰击锡靶，使锡原子沉积在基底表面，然后通过后续处理引入氟元素，形成FTO薄膜。
**FTO导电基底的特性：**1. **导电性能：** FTO导电基底具有较高的导电性，可满足光电器件对导电性的要求。
2. **光透明性：** 由于氟锑锡氧的优异光学性能，FTO导电基底在可见光和近红外光区域具有较好的透明性。
3. **耐腐蚀性：** FTO导电基底表面常采用氧化锡或其他保护层进行包覆，以提高其耐腐蚀性，使其更适用于长期使用。
4. **热稳定性：** FTO导电基底通常具有较好的热稳定性，能够承受光电器件制备和使用过程中的高温处理。
**FTO导电基底在光电器件中的应用：**1. **太阳能电池：** FTO导电基底常作为太阳能电池的透明电极材料，用于提供导电通道，实现光生电子和空穴的分离和传输。
2. **光电探测器：** FTO导电基底可用于制备光电探测器的电极，用于接收和传导光信号，实现光电转换。
FTO导电玻璃电极制备概述FTO（Fluorine-doped Tin Oxide）导电玻璃电极是一种常用于太阳能电池和柔性显示器等领域的透明导电材料。
它具有优异的光透过性和电导率，能够有效地收集光能并传导电流。
本文将详细介绍FTO导电玻璃电极的制备方法。
材料准备制备FTO导电玻璃电极所需的主要材料有：1.玻璃基板：一般采用具有良好平整度和透明性的玻璃材料作为基板，如浮法玻璃或硅基板。
2.氟掺杂二氧化锡（FTO）粉末：FTO粉末是一种透明、导电的陶瓷材料，可以在高温下与基板结合形成导电层。
3.有机溶剂：常用的有机溶剂包括乙醇、丙酮、甲苯等，用于制备涂覆FTO薄膜所需的溶液。
4.硝酸锡（Sn(NO3)2）：硝酸锡是FTO导电玻璃电极制备过程中常用的前驱体，用于提供锡离子。
5.氟化氢（HF）：氟化氢是一种强酸，用于刻蚀FTO薄膜的表面，增加其导电性能。
制备步骤1. 清洗基板首先，将玻璃基板进行清洗以去除表面的污垢和杂质。
可以使用超声波清洗仪将基板浸泡在乙醇或丙酮中，并通过超声波振动来加速清洗过程。
随后，用去离子水冲洗基板并用氮气吹干。
2. 制备FTO溶液将一定量的FTO粉末加入有机溶剂中，并使用磁力搅拌器将其搅拌均匀。
可以根据需要调整FTO粉末的浓度以控制涂覆后的薄膜厚度。
3. 涂覆FTO薄膜将制备好的FTO溶液倒在清洗干净的玻璃基板上，并利用旋涂机或刮涂机均匀地涂覆在基板表面。
涂覆完成后，将基板放入烘箱中进行干燥，以去除有机溶剂。
4. 烧结FTO薄膜将涂覆干燥的基板放入高温炉中进行烧结。
在逐渐升温过程中，FTO粉末会与玻璃基板发生反应，形成致密的导电层。
一般情况下，需要将温度升至约500℃，并保持一定时间以确保反应充分。
5. 刻蚀FTO薄膜使用氟化氢溶液对烧结后的FTO薄膜进行刻蚀处理。
将基板浸泡在稀释后的氟化氢溶液中，并控制刻蚀时间以达到所需的导电性能。
6. 清洗和干燥最后，用去离子水彻底清洗刻蚀后的FTO导电玻璃电极，并用氮气吹干。
FTO薄膜电子结构和光学性质的PBE0方法研究郁建元;王立坤;牛孝友;王丽;赵洪力【摘要】本文基于密度泛函理论(DFT)PBE0方法对本征SnO2及SnO2: F电子结构及光学性质进行了理论计算,从理论上描述了光学性质与电子结构关系.计算结果表明,PBE0方法计算光学带隙最接近实验数值.在PBE0赝势下,计算了本征SnO2及SnO2: F能带结构、电子态密度.掺杂后,体系局域态密度增加,费米能级穿越导带底部,F掺杂增强SnO2的导电性.增加F掺杂浓度,体系等离子体频率降低,有利于降低FTO薄膜红外辐射率.F掺杂SnO2后,介电函数谱发生红移.%The structure and optical properties of pure SnO2and SnO2: F are simulated by the PBE0 method based on density functional theory.The band gap calculation results show that the PBE0 method is closest to the experimental data.The pure SnO2and SnO2:F band structures and the electron density of states are calculated by the PBE0 method.After F doping,the local state density of the system increases,and the Fermi energy enters the conduction band,which proves that F doping is beneficial to enhance the conductivity of SnO2.Increasing F doping concentration can decrease the plasma frequency and reduce the infrared radiation rate of FTO thin films. After F doped with SnO2,the dielectric function spectrum is red shifted.【期刊名称】《燕山大学学报》【年(卷),期】2018(042)001【总页数】6页(P38-43)【关键词】FTO薄膜;第一性原理;电子结构;光学性质【作者】郁建元;王立坤;牛孝友;王丽;赵洪力【作者单位】燕山大学材料科学与工程学院,河北秦皇岛066004;唐山学院环境与化学工程系,河北唐山063000;燕山大学材料科学与工程学院,河北秦皇岛066004;燕山大学材料科学与工程学院,河北秦皇岛066004;燕山大学材料科学与工程学院,河北秦皇岛066004;燕山大学材料科学与工程学院,河北秦皇岛066004【正文语种】中文【中图分类】O484.40 引言氟掺杂二氧化锡(SnO2∶F，FTO)薄膜具有良好的导电性和高可见光透过率、良好的热稳定性、较强的抗酸碱侵蚀能力、材料硬度高并且制备工艺简单[1-3]，在太阳能电池板、显示设备、数字指示器、气体传感器、建筑门窗领域得到广泛应用[4-6]。
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AbstractIn 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目录第1章绪论 (1)1.1 SnO2薄膜的研究进展 (1)1.2 SnO2薄膜的制备方法 (4)1.2.1 磁控溅射镀膜 (4)1.2.2 热喷涂技术 (5)1.2.3 化学气相沉积法(CVD) (5)1.2.4 溶胶-凝胶法 (5)1.3 SnO2薄膜的结构和性能 (6)1.3.1 SnO2薄膜的结构和性能 (6)1.3.2 FTO薄膜的导电机理 (7)1.4 透明导电薄膜的应用 (8)1.4.1 显示器件中的应用 (8)1.4.2 建筑玻璃领域中的应用 (8)1.4.3 在光电、光热、电热及气敏器件中的应用 (8)1.4.4 其他方面的应用 (8)1.5 课题研究的目的和主要内容 (9)第2章实验内容与方法 (10)2.1 实验原理 (10)2.2 实验设备 (10)2.3 实验用试剂及药品 (11)2.4 FTO溶胶配置方案的确定 (11)2.4.1 SnO2浓度的变化 (11)2.4.2 水加入量的变化 (12)2.4.3 pH值的变化 (13)2.4.4 F掺杂浓度 (13)2.5 实验主要步骤 (14)2.5.1 FTO溶胶的配制 (14)2.5.2 玻璃基体的清洗 (15)2.5.3 FTO薄膜的制备及热处理 (15)2.6 对试样进行性能表征 (16)2.6.1 薄膜光学性能表征 (16)2.6.2 薄膜电学性能表征 (16)第3章实验结果与分析 (17)3.1 FTO溶胶不同配置方案对薄膜性能的影响 (17)3.1.1 不同的SnO2浓度对薄膜质量的影响 (17)3.1.2 不同去离子水加入量对薄膜质量的影响 (17)3.1.3 不同的PH值对薄膜质量的影响 (18)3.2 F的掺杂浓度对FTO薄膜光电性能的影响 (19)3.2.1 F掺杂浓度对FTO薄膜透光率的影响 (19)3.2.2 F掺杂浓度对FTO薄膜导电性的影响 (20)3.3 热处理温度对FTO薄膜光电性能的影响 (20)3.3.1 热处理温度对FTO薄膜透光率的影响 (20)3.3.2 热处理度对FTO薄膜导电性的影响 (21)3.4 薄膜厚度对FTO薄膜光电性能的影响 (22)3.4.1 薄膜厚度对FTO薄膜透光率的影响 (22)3.4.2 薄膜厚度对FTO薄膜导电性的影响 (23)第4章结论 (25)参考文献 (26)致谢 (27)附录A 译文 (28)附录B 英文材料 (35)第1章绪论薄膜作为一种特殊形态物质，已经成为微电子学、光电子学、磁电子学、材料表面改性、传感器、太阳能利用、液晶显示等新兴交叉科学的重要材料基础，并广泛应用于当代科学技术的各个领域，特别是高新技术领域[1]。
透明导电薄膜是一种重要的光电材料。
透明导电薄膜既有高导电性，又在可见光范围内有很高的透光性，在光电产业中有着很高的应用前景。
透明导电薄膜本身具有高的载流子浓度，是电的良导体；并在不同的电磁波频率范围内具有光选择性，它会反射红外光，并吸收紫外光，又使可见光穿透。
由于具有这些优异的特性，使其在太阳能电池、液晶显示器、气体传感器、飞机和汽车导热窗玻璃(防雾和防结冰)等领域得到广泛应用[2]。
随着高新技术产业的发展，特别是微电子产业的发展和人民生活水平的日益提高，透明导电薄膜材料会如同其他电子薄膜材料一样，在全球范围内进入一个新的蓬勃发展时期。
透明导电薄膜的质量主要体现在薄膜的结构、表面形貌、在其可见光区的透射率和电阻率。
透明导电薄膜的光学和电学性能强烈依赖于各种成分的化学计量比、杂质的种类和浓度、薄膜的显微结构以及后期的热处理工艺，因此，薄膜的制备方法与技术对透明导电薄膜的性能有着极为重要的影响[3]。
FTO，即SnO2掺杂F的透明导电薄膜材料，因其具有良好的透光率，导电性等光电特性，现今已愈来愈受到导电薄膜界的重视。
本文就是利用溶胶一凝胶法制备出FTO透明导电薄膜，并对其性能进行研究[4]。
1.1SnO2薄膜的研究进展SnO2膜是较早投入商业使用的透明导电材料，由于其与玻璃基体较好的附着性，较高的莫氏硬度，且化学稳定性好，耐腐蚀高等特性[5,6]。
目前，在透明导电薄膜的研究中，SnO2：F(FTO)和SnO2：Sb两种掺杂体系所表现出比较优异的光学和电学性能[7]。
在导电膜的研究当中，采用不同技术制备的SnO2薄膜性能差别很大，Vasu V等在研究中发现，在溅射镀膜过程中，重要的制备工艺参数包括基片温度、工作气体压力及流量、溅射功率、薄膜厚度、后续退火工艺等。
在喷涂热分解法制备SnO2过程中，水分也具有明显的作用。
溶胶一凝胶法的制备过程中，前躯体的摩尔浓度、搅拌时间、温度、pH值等都对后期的成膜有着重要的影响。
基片温度的提高可以显著改善SnO2薄膜的导电性能，提高薄膜中的载流子浓度和霍尔迁移率。
溅射过程中的氧偏压也会影响SnO2薄膜的电学性能，当氧偏压在6.7x10-4-10-2 Pa范围内变化时，薄膜电阻率呈降低后增加的趋势，最小电阻率为 3.2x10-3 Ω·cm。
后续的退火工艺对薄膜的光电性能影响则可归因于薄膜晶界处氧的吸脱附，而非结构的变化。
不同退火温度和气氛下得到薄膜的电学性能差异很大。
Shanthi E等在对SnO2薄膜散射机制研究结果表明，SnO2中晶界散射作用明显；但对掺杂等体系，晶粒内效应(主要为电离杂质散射)具有更为重要的作用。
Bruneaux J研究电阻率与载流子浓度关系的结果表明，当载流子浓度小于10-19cm-3时晶界散射能较好的解释实验结果；当载流子浓度大于10-19 cm-3时，必须考虑到晶粒散射特征才能较清楚地说明问题。
De A和Ray S发现掺杂的SnO2薄膜的高透区在400-2000 nm之间，光学能系值在4.1-4.2 eV之间，间接能系值在2.25-3.05 eV之间。
当后续热处理温度从150℃升高到450 ℃时，光学能系值则从3.83 eV升到4.13 eV。
DemichelisF等对SnO2光学常数的研究表明，折射率n在透光区间的值约为2.0，在近红外区单调降低到1.0附近；消光系数k在可见光区几乎为零，在红外区单调上升。
当波长λ<0.5μm，n 、k急剧增大，这对应着带间跃迁。
在色散区和非色散区交界处，n、k有一复杂波动区。
这种波动是由于SnO2晶粒的各向异性取向，不同的晶粒取向导致了不同的色散关系。
一般而言，SnO2薄膜在可见光区的透射率可大于80 %，红外区的反射率同薄膜中的载流子浓度有关。
