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溶胶-凝胶-蒸镀法制备高性能fto薄膜

物理学报 2016年第13期65卷 271-280页

作者：史晓慧许珂敬山东理工大学材料科学与工程学院淄博255091

以SnCl_4·5H_2O为锡源,SnF_2为氟源,采用溶胶-凝胶-蒸镀法制备F掺杂的SnO_2透明导电氧化物薄膜(fto薄膜).通过正交实验研究确定最佳反应温度、反应时间和蒸镀温度等制备条件.主要研究元素F的掺杂和膜的结构对fto薄膜性能的影响,并采用... 详细信息

以SnCl_4·5H_2O为锡源,SnF_2为氟源,采用溶胶-凝胶-蒸镀法制备F掺杂的SnO_2透明导电氧化物薄膜(fto薄膜).通过正交实验研究确定最佳反应温度、反应时间和蒸镀温度等制备条件.主要研究元素F的掺杂和膜的结构对fto薄膜性能的影响,并采用傅里叶变换红外光谱仪、热重-差热分析、X射线衍射、高分辨透射电子显微镜和扫描电子显微镜等进行样品的性能表征.研究结果表明,当反应温度50?C、反应时间5 h、烧结(蒸镀)温度600?C、镀膜次数1次、而F/Sn=14 mol%时,fto薄膜性能指数ΦTC最大,综合光电性能最优,表面电阻为14.7?·cm-1,平均透光率为74.4%.fto薄膜内颗粒的平均粒径为20 nm,呈四方金红石型结构,F的掺入替代了部分的O,形成了SnO_(2-x)F_x晶体结构.F的掺杂量是影响fto薄膜的主要因素,F过多或过少均不利于SnO_(2-x)F_x晶体的生长;fto薄膜的结构、颗粒形状、大小等三维信息也是影响薄膜性能的因素,主要表现为分形维数越小,薄膜表面越平整,势垒越低,导电性能越好.

关键词：溶胶-凝胶-蒸镀法 Sn O2 xFx 光电性能 fto薄膜

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fto薄膜制备技术研究进展

人工晶体学报 2016年第11期45卷 2645-2649页

作者：郁建元王立坤王丽宋玉嘉赵洪力燕山大学材料科学与工程学院秦皇岛066004 唐山学院环境与化学工程系唐山063000

本文首先对fto薄膜的特性和应用进行简明陈述,之后对薄膜的制备方法,包括溶胶-凝胶法、磁控溅射法、化学气相沉积法和喷雾热解法等现有制备技术及研究进展进行了全面的综述,最后对fto薄膜的制备技术改进及fto理论设计研究前景进行了展望。

关键词： fto薄膜制备方法进展

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不同氟源对fto薄膜性能影响及其作用机理

材料工程 2018年第9期46卷 59-64页

作者：樊琳许珂敬史晓慧贾雨辉张衡魏春城山东理工大学材料科学与工程学院山东淄博255091

以SnCl_4·5H_2O为锡源,以不同氟的化合物如CF_3COOH,HF和SnF_2为氟源,采用溶胶-凝胶-蒸镀法制备不同氟源掺杂的SnO_2(Fluorine-doped Tin Oxide,fto)薄膜,主要研究CF_3COOH,HF和SnF_2不同氟源的掺入对薄膜的表面形貌、结构以及光电性... 详细信息

以SnCl_4·5H_2O为锡源,以不同氟的化合物如CF_3COOH,HF和SnF_2为氟源,采用溶胶-凝胶-蒸镀法制备不同氟源掺杂的SnO_2(Fluorine-doped Tin Oxide,fto)薄膜,主要研究CF_3COOH,HF和SnF_2不同氟源的掺入对薄膜的表面形貌、结构以及光电性能的影响,系统地探讨了其作用机制。结果表明:3种氟源制备的fto薄膜表面形貌分别为不规则多边形状、棒状以及金字塔状,且均呈四方金红石型结构。3种氟源中,以SnF_2为氟源的SnO_2薄膜综合性能较佳,其方块电阻为14.7Ω/,红外反射率为86.1%。不同氟源的掺杂机制主要是F-和SnO2晶粒间的键合方式不同,或生成氟锡化合物的难易程度不同,一次掺杂的氟源(SnF_2)制备的fto薄膜性能优于二次掺杂的(HF)以及间接性掺杂的氟源(CF_3COOH)。

关键词：氟源 fto薄膜光电性能作用机理

fto薄膜电子结构和光学性质的PBE0方法研究

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燕山大学学报 2018年第1期42卷 38-43页

作者：郁建元王立坤牛孝友王丽赵洪力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

本文基于密度泛函理论(DFT)PBE0方法对本征SnO_2及SnO_2∶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SnO_2及SnO_2∶F能带... 详细信息

本文基于密度泛函理论(DFT)PBE0方法对本征SnO_2及SnO_2∶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SnO_2及SnO_2∶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SnO_2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SnO_2后,介电函数谱发生红移。

关键词： fto薄膜第一性原理电子结构光学性质

fto薄膜表面不同形状Ag网格透明电极的激光制备与性能研究

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FTO薄膜表面不同形状Ag网格透明电极的激光制备与性能研究

作者：季慧江苏大学

学位级别：硕士

金属网格透明电极因其导电性和透光性良好,可挠性好且原材料易获取,所以被广泛的应用于发光二极管、太阳能电池、触摸屏、液晶显示屏等光电器件中,同时也是替代氧化铟锡(TCO)的最优选择。随着对金属网格透明电极综合性能的需求逐渐增加... 详细信息

金属网格透明电极因其导电性和透光性良好,可挠性好且原材料易获取,所以被广泛的应用于发光二极管、太阳能电池、触摸屏、液晶显示屏等光电器件中,同时也是替代氧化铟锡(TCO)的最优选择。随着对金属网格透明电极综合性能的需求逐渐增加,人们也在对金属网格透明电极的制备方法进行研究,不断创新。目前对网格图案的研究主要是对网格形状的优化,而对最优的网格形状的深入研究却鲜有报道。基于此,本论文对网格形状进行深入探索,研究了制备内嵌金属网格的激光刻蚀参数、网格形状和网格级数对金属网格透明电极的综合性能的影响,获得了一些有意义的研究结果。1、采用纳秒脉冲激光器(波长532 nm)对旋涂了一层PVP的fto基底进行激光刻蚀,系统性地研究了激光能量密度和扫描速度对PVP/fto基底上激光刻蚀凹槽宽度和深度的影响。实验发现,在扫描速度为5～25 mm/s、激光能量密度为1.2～2.8 J/cm的组合下,激光刻蚀可以获得宽度23～31μm和深度1.02～1.14μm的凹槽。在扫描速度为10 mm/s、激光能量密度为1.6 J/cm时,凹槽宽度为23.82μm,深度为1.02μm,凹槽的质量也是最佳的。2、在上述最佳激光刻蚀参数(10 mm/s、1.6 J/cm)下,采用纳秒脉冲激光器(波长532 nm)在PVP/fto基底刻蚀不同形状的周期网格凹槽,再通过磁控溅射法在其上沉积一层1μm厚的Ag薄膜,利用乙醇洗去PVP/Ag,研究不同网格形状下常规周期Ag网格透明电极的光学和电学性能以及综合性能。实验发现,外接圆半径为0.75 mm时,常规周期六边形Ag网格透明电极透光性最好,导电性最强,具有最高的综合性能。常规周期三角形Ag网格透明电极的可见光平均透光率为71.68%,方块电阻为2.73Ω/sq,品质因子为1.31×10Ω;常规周期正方形Ag网格透明电极的可见光平均透光率为73.15%,方块电阻为2.33Ω/sq,品质因子为1.88×10Ω;常规周期六边形Ag网格透明电极的可见光平均透光率为73.91%,方块电阻为1.89Ω/sq,品质因子为2.57×10Ω。随后研究不同外接圆半径下常规周期六边形Ag网格透明电极的性能,实验结果表明,当外接圆半径为1 mm时,常规周期六边形Ag网格透明电极的综合性能最高,其可见光平均透光率为78.11%,方块电阻为2.31Ω/sq,品质因子为3.66×10Ω。3、在上述最佳激光刻蚀参数(10 mm/s、1.6 J/cm)和外接圆半径(1 mm)下,采用纳秒脉冲激光器(波长532 nm)在PVP/fto基底刻蚀不同级数的分形正方形网格凹槽,再通过磁控溅射法在其上沉积一层1μm厚的Ag薄膜,利用乙醇洗去PVP/Ag,研究不同级数分形正方形Ag网格透明电极的光学和电学性能以及综合性能。实验发现,三级分形正方形Ag网格透明电极具有最高的综合性能,其可见光平均透光率为74.01%,方块电阻为1.18Ω/sq,品质因子为4.18×10Ω,相对应的常规周期正方形Ag网格透明电极的可见光平均透光率为77.93%,方块电阻为2.55Ω/sq,品质因子为3.24×10Ω,二级分形正方形Ag网格透明电极的可见光平均透光率为76.03%,方块电阻为1.96Ω/sq,品质因子为3.29×10Ω。随后研究三级分形级数下不同形状Ag网格透明电极的性能。实验结果表明,分形三角形Ag网格透明电极的可见光平均透光率为73.21%,方块电阻为1.53Ω/sq,品质因子为2.89×10Ω;分形正方形Ag网格透明电极的可见光平均透光率为74.01%,方块电阻为1.18Ω/sq,品质因子为4.18×10Ω;分形六边形Ag网格透明电极的可见光平均透光率为75.03%,方块电阻为1.21Ω/sq,品质因子为4.67×10Ω,综合性能最好。

关键词： fto薄膜透明电极金属网格激光网格形状

fto薄膜热处理过程中的表面演化及性能的研究

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FTO薄膜热处理过程中的表面演化及性能的研究

作者：陈谦燕山大学

学位级别：硕士

本文研究了热处理温度对fto(fluorine doped tin oxide, fto)薄膜结构、形貌、物质组成、光电性能和微观应力的影响。在大气条件下,20-700℃的温度范围内对基体厚度为4 mm的fto玻璃样品进行了热处理。采用X射线衍射仪(XRD)、显微拉曼光... 详细信息

本文研究了热处理温度对fto(fluorine doped tin oxide, fto)薄膜结构、形貌、物质组成、光电性能和微观应力的影响。在大气条件下,20-700℃的温度范围内对基体厚度为4 mm的fto玻璃样品进行了热处理。采用X射线衍射仪(XRD)、显微拉曼光谱仪﹑场发射扫描电镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)对薄膜的结构、形貌进行了研究;采用紫外-可见分光光度计(UV-vis spectrophotometer)、傅立叶红外/拉曼光谱仪、综合物理性能测试系统(PPMS)、X射线衍射仪对薄膜的光电性能和微观应力进行了分析。结果表明:薄膜的主要成分为SnO,其晶体结构为金红石结构。随着热处理温度的升高,晶粒尺寸不断增大,其中,(211)面表现出最优取向,平均晶粒尺寸为24.60 nm;薄膜的表面均匀平整,晶粒排列紧密,结晶度逐渐完善。经400℃热处理后,薄膜的表面粗糙度达到最小值13.71 nm;薄膜的电阻率、方块电阻和霍尔系数逐渐增大,分别由2.344×10·cm,9.377 /□,2.679×10 m / C增大到21.671×10·cm,86.683 /□,8.751×10 m / C。同时,载流子浓度由2.333×10 cm降低到0.714×1016cm。在可见光范围内,薄膜的透射比曲线呈抛物线趋势,在500-600 nm波段处,经400℃热处理后的样品的透射比T达到最大值87 %,随着热处理温度继续升高,透射比T不断减小,到700℃时减小到68 %;薄膜的反射率曲线呈振荡波趋势,随着热处理温度的升高,反射率R向长波方向移动,在600℃时达到最大值16 %。在中远红外波段,红外反射率总体上在不断减小。薄膜中存在残余压应力,随着热处理温度的升高,压应力值呈现先减小后增大的趋势。

关键词： fto薄膜热处理光电性能电阻率透射比

AACVD方法制备fto薄膜及其结构与光电性能研究

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燕山大学学报 2018年第3期42卷 234-239页

作者：林威豪马晔城陈胜男汪建勋韩高荣浙江大学材料科学与工程学院浙江杭州310027 硅材料国家重点实验室浙江杭州310027

以单丁基三氯化锡为Sn源,氟化铵为F源,甲醇为溶剂,采用超声雾化-气溶胶辅助气相化学沉积方法制备了均匀的fto(SnO_2:F)透明导电薄膜。运用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜、透射电子显微镜、霍尔效应测试仪等方法研究了... 详细信息

以单丁基三氯化锡为Sn源,氟化铵为F源,甲醇为溶剂,采用超声雾化-气溶胶辅助气相化学沉积方法制备了均匀的fto(SnO_2:F)透明导电薄膜。运用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜、透射电子显微镜、霍尔效应测试仪等方法研究了镀膜时间对fto薄膜微观结构和光电性能的影响规律。结果表明,薄膜物相为(200)晶面择优生长的金红石相Sn O2;随镀膜时间增加,薄膜表面颗粒粗化,厚度近似呈线性增加;镀膜时间每延长2 min,可见光区主波长(550 nm)透过率下降约10%,中远红外光区平均反射率先增大后减小,电阻率先减小后增大。在本文实验条件下,薄膜厚度可从约250 nm增加至约2 200 nm,电阻率在2.89×10-4~6.69×10-4Ω·cm之间,依据中远红外反射光谱计算半球辐射率在0.21~0.40之间,为进一步的性能优化提供了实验基础。

关键词：气溶胶辅助化学气相沉积 fto薄膜低辐射性能

镍掺杂对fto薄膜光电性能的影响及机理分析

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硅酸盐通报 2023年第9期42卷 3379-3386页

作者：吴宝棋张琴刘起英史国华赵洪力燕山大学材料科学与工程学院亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室秦皇岛066004 威海中玻新材料技术研发有限公司威海264200

本文以单丁基三氯化锡(MBTC)为锡源,氟化铵(NH_(4)F)为氟源,甲醇为溶剂,六水合氯化镍(NiCl_(2)·6H_(2)O)为镍源,采用气溶胶辅助化学气相沉积(AACVD)制备了镍掺杂fto薄膜。利用分光光度计、四探针电阻仪及霍尔效应测试仪对镍掺杂fto薄... 详细信息

本文以单丁基三氯化锡(MBTC)为锡源,氟化铵(NH_(4)F)为氟源,甲醇为溶剂,六水合氯化镍(NiCl_(2)·6H_(2)O)为镍源,采用气溶胶辅助化学气相沉积(AACVD)制备了镍掺杂fto薄膜。利用分光光度计、四探针电阻仪及霍尔效应测试仪对镍掺杂fto薄膜的光学性能、电学性能进行表征和分析,并基于第一性原理对掺杂体系的电子结构进行了计算。结果表明,Ni掺杂的fto薄膜为四方金红石结构,导电性能有所提高。当Ni/Sn为2%(原子数分数)时,品质因数Φ_(TC)达到3×10^(-2)Ω^(-1),电阻率ρ为3.79×10^(-4)Ω·cm,可见光平均透过率约为80%,载流子浓度n为6.88×10^(20)cm^(-3),迁移率μ为13.31 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1)。

关键词：镍掺杂 fto薄膜气溶胶辅助化学气相沉积电学性质第一性原理

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USP法制备fto薄膜及其雾度调控的研究

USP法制备FTO薄膜及其雾度调控的研究

作者：赵明杰燕山大学

学位级别：硕士

本文以单丁基三氯化锡(简称MBTC)为前驱物,氟化铵为掺杂剂,采用超声喷雾热解法,在加热的载玻片上制备掺氟氧化锡薄膜。通过改变基板温度,喷涂时间,前驱物MBTC浓度,分析其对fto薄膜微观形态以及光电性能的影响,本实验分别采用X射线衍射... 详细信息

本文以单丁基三氯化锡(简称MBTC)为前驱物,氟化铵为掺杂剂,采用超声喷雾热解法,在加热的载玻片上制备掺氟氧化锡薄膜。通过改变基板温度,喷涂时间,前驱物MBTC浓度,分析其对fto薄膜微观形态以及光电性能的影响,本实验分别采用X射线衍射仪测定并分析薄膜晶化程度和择优生长等结构特点;采用冷场发射扫描电镜观察薄膜表面形貌与断面形貌,并分析薄膜颗粒形状、尺寸以及膜厚的变化;采用原子力显微镜观察fto薄膜表面颗粒的起伏情况及三维形貌,分析薄膜表面粗糙度的变化;采用紫外-可见光分光光度计及方阻仪分别测定薄膜在可见光范围内的平均透射比和方块电阻,并引用品质因数对薄膜的光电性能作出综合评价;采用雾度仪测定薄膜在可见光范围内的雾度值,并进一步探究薄膜雾度随晶体结构与表面形貌的变化规律。实验结果表明:不同实验条件下制备的fto薄膜均为多晶四方金红石结构SnO2。随基板温度的升高,薄膜的择优取向由(200)晶面转变为(301)晶面。薄膜厚度、表面颗粒尺寸和表面粗糙度则随着基板温度和前驱物MBTC浓度的升高先增大后减小,随喷涂时间的增加而不断增大。当薄膜厚度、表面颗粒尺寸和表面粗糙度分别为1480 nm、539 nm和54.98 nm时,雾度值最大,达到36.79%。综合考虑薄膜的光电性能以及雾度,得到绒面fto薄膜的最佳制备条件为基板温度530°C、喷涂时间5 min和MBTC浓度1.5 mol%,在该条件下薄膜的品质因数和雾度分别为21.8×10-3Ω-1和12.66%。

关键词： fto薄膜超声喷雾热解法雾度表面形貌