玻璃基SnO2：Sb透明导电薄膜的射频磁控溅射法制备及其光电性能研究

作     者：陈甲林 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵青南;赵修建

授予年度：2005年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：ATO透明导电薄膜 射频磁控溅射 氧化物陶瓷靶 红外反射 在线真空退火工艺 

摘      要：透明导电氧化物薄膜作为一种功能材料有大的载流子浓度和光学禁带宽度,因而表现出优良的光电特性,如较低的电阻率和较高的可见光透过率等。SnO:Sb(ATO)薄膜由于具有优良的光电特性而成为InO:Sn(ITO)薄膜的潜在替代材料,可以应用于光电器件的透明电极以及低辐射玻璃等,且它还具有原材料来源丰富、成本低廉、稳定性较好等优点,是目前研究薄膜材料的热点之一。 本研究课题以SnO和SbO两种氧化物为原料制成陶瓷靶,采用射频磁控溅射工艺在载玻片玻璃衬底上沉积了ATO透明导电薄膜。用XRD、SEM、XPS、AFM和红外、紫外分光光度计、四探针电阻测试仪以及霍耳效应实验等测试手段对沉积薄膜的光电性能进行了表征。研究分析了成膜过程中各工艺参数对其结构和光电特性的影响,并研究了薄膜的真空在线退火工艺,得到的结果如下: ATO薄膜属于金红石结构;薄膜中锑元素以Sb和Sb两种状态存在;晶格的氧缺位、5价Sb杂质在SnO禁带形成施主能级并向导带提供n型载流子是ATO导电的两种主要机理;溅射过程中衬底温度和氧气分压是两个主要的影响因素:a) 基片温度越高,薄膜的晶形结构越完整;沉积薄膜的柱状结构随着基片温度的升高逐渐演变,并逐渐形成由发育相对完整的晶粒堆积而成的表面;随着基片温度的升高,薄膜的厚度减小,可见光透过率和光学带隙增加,电阻率降低,载流子浓度和霍耳迁移率增大;较高的基片温度有利于Sb的n掺杂,提高基片温度能够提高ATO薄膜的光电性能。b) 随着氧气分压的增加,薄膜中Sb离子的相对含量增加;氧气分压为零时,所制备的薄膜基本不导电,氧气分压不为零时,所制得的薄膜是n型半导体。随着氧气分压的增加,沉积薄膜的厚度减小;吸收边和截止波长均出现蓝移现象;薄膜的光学带隙增大。薄膜的红外反射率随氧气分压增大先增大后减小。退火过程中,衬底中的Na离子会扩散到薄膜中去,影响薄膜的光电性能;薄膜的在线真空退火工艺和SiO隔离层都能提高薄膜的退火温度和延长薄膜的退火时间,能够改善薄膜的光电性能。最后得到薄膜的性能为:可见光透过率达到了70%,电阻率为2.51×10Ω.cm,载流子浓度高达1.2×10cm,迁移率为2.04cm.V.S,中红外波段的反射率达到了70%。