ZnO@SnO2包覆结构透明导电薄膜的制备及其发光性能研究

论文摘要

氧化物透明导电薄膜被广泛应用于太阳能电池、液晶显示屏、等离子显示屏、抗静电涂层以及半导体／绝缘体／半导体（SIS）异质结、现代战机和巡航导弹的窗口等领域。研究表明,ZnO透明导电薄膜存在表面和晶粒间界氧吸附导致电学性能下降,SnO2透明导电薄膜存在难以刻蚀等问题,这极大的限制了ZnO、SnO2透明导电薄膜的应用范围。ZnO@SnO2薄膜兼备ZnO和SnO2的优点,这将有利于ZnO、SnO2透明导电薄膜的应用领域。本论文采用以溶胶-凝胶法为基础的二步成胶工艺制备ZnO@SnO2包覆结构的粉体和透明导电薄膜。采用X射线衍射（XRD）、透射电子显微分析（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）对粉体样品进行了结构分析和包覆性能表征,结果表明,ZnO@SnO2是以ZnO为核、SnO2为壳的核壳式包覆结构,是一种化学包覆结构,ZnO和SnO2之间以化学键Zn-O-Sn结合；并且当Zn／Sn摩尔比为8／12包覆效果较好。利用NKD-8000e和四探针测试仪对ZnO@SnO2包覆结构的光学和电学性能进行表征,结果表明,可见光透过率均超过80%,当Sb掺杂浓度4at%,退火温度为600℃,Zn／Sn摩尔比为9／12时,电阻率最低可达1.1×10-3Ω.cm讨论了Zn／Sn摩尔比、退火温度、掺杂浓度、薄膜厚度等对可见光透过率和电阻率的影响。研究了ZnO@SnO2包覆结构的光致发光特性,发现SnO2的包覆会使ZnO中的蓝光发射得到增强,原因是SnO2包覆结构增加了Zn空位缺陷密度,使Zn到Zn空位之间跃迁增强。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 透明导电薄膜的简介
• 1.1.1 透明导电薄膜的介绍
• 1.1.2 透明导电薄膜的应用
• 2透明导电薄膜的研究现状'>1.2 ZnO和SnO₂透明导电薄膜的研究现状
• 1.2.1 ZnO透明导电薄膜的研究现状
• 2透明导电薄膜研究现状'>1.2.2 SnO₂透明导电薄膜研究现状
• 2透明导电薄膜的研究现状'>1.2.3 ZnO-SnO₂透明导电薄膜的研究现状
• 1.3 透明导电薄膜的制备方法
• 1.3.1 磁控溅射
• 1.3.2 真空蒸发镀膜
• 1.3.3 脉冲激光沉积
• 1.3.4 化学气相沉积
• 1.3.5 溶胶-凝胶法
• 1.3.6 喷雾热解
• 1.3.7 分子束外延
• 1.4 透明导电薄膜的发展趋势
• 1.5 包覆改性
• 1.5.1 包覆机理
• 1.5.2 复合粉体包覆的主要方法
• 1.5.3 粉体包覆制备技术的发展方向
• 1.5.4 ZnO表面改性
• 1.6 课题研究的主要内容
• 第二章 溶胶-凝胶工艺及成膜机理
• 2.1 概述
• 2.1.1 溶胶-凝胶法的基本原理
• 2.1.2 溶胶-凝胶法制备薄膜的方法
• 2.2 溶胶-凝胶法的工艺过程
• 2.3 二步成胶工艺理论
• 2.4 溶胶-凝胶法的特点
• 第三章 实验
• 3.1 实验所用试剂和仪器
• 3.2 测试用的仪器
• 3.3 ZnO@SnO2的溶胶-凝胶制备工艺过程
• 3.4 实验结果表征方法
• 3.4.1 X射线衍射
• 3.4.2 荧光分析
• 3.4.3 透射电子显微镜
• 3.4.4 热分析
• 3.4.5 X射线光电子能谱
• 3.4.6 NKD8000e薄膜分析系统
• 3.4.7 四探针测试仪
• 第四章 实验结果及讨论
• 2:Sb的XRD分析'>4.1 ZnO@SnO₂:Sb的XRD分析
• 2包覆结构的表征与讨论'>4.2 ZnO@SnO₂包覆结构的表征与讨论
• 2的TEM分析'>4.2.1 ZnO@SnO₂的TEM分析
• 2的X射线能谱分析'>4.2.2 ZnO@SnO₂的X射线能谱分析
• 4.3 性能的表征及测试结果分析
• 4.3.1 光学性能的测试和结果和分析
• 4.3.2 电学性能的测试结果和分析
• 4.4 本章小结
• 2发光性能研究与讨论'>第五章 ZnO@SnO₂发光性能研究与讨论
• 5.1 半导体发光机理
• 5.2 光致发光及应用
• 5.3 光致发光过程
• 2光致发光特性的研究'>5.4 ZnO@SnO₂光致发光特性的研究
• 2的光致发光'>5.4.1 ZnO@SnO₂的光致发光
• 2发光性能的影响'>5.4.2 退火温度对ZnO@SnO₂发光性能的影响
• 2发光性能的影响'>5.4.3 Zn/Sn摩尔比对ZnO@SnO₂发光性能的影响
• 5.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢