Sb、Co掺杂SnO2薄膜的制备与光电性能研究

论文摘要

二氧化锡（SnO2）是一种宽带隙半导体,其带隙约3.6eV且具有较高的激子束缚能130meV,室温稳定化学稳定性高,广泛应用在气敏元件、太阳能电池及电极等材料中,是一种用途十分广泛的特种功能薄膜。为了获得透明度高、发光性能优异以及电阻率小的透明导电光致发光薄膜,本论文以无机金属盐SnCl2·2H2O、SbCl3和CoCl2-6H2O为原料,采用溶胶凝胶法在玻璃基片上分别制备和获得了SnO2多层薄膜。采用X射线衍射仪、原子力显微镜对这些薄膜的晶体结构、表面形貌进行了表征,利用紫外可见分光光度计、荧光分光光度计和四探针电阻测试仪分别对薄膜样品在紫外可见光区的透过率、薄膜的发光性能以及薄膜的方块电阻进行测试,根据测试的结果分析和讨论了热处理温度和掺杂浓度等不同参数对SnO2及其掺杂薄膜结构、发光性能及电学性能的影响。研究结果表明：1.采用溶胶-凝胶法制备出的SnO2薄膜的和掺杂的SnO2薄膜样品微晶都为四方金红石结构。提高热处温度促进了晶粒的发育,有助于薄膜晶粒结晶度的提高。Sb掺杂量15%时,薄膜具有较好的结晶性能。Co掺杂的SnO2薄膜,Co掺杂为2%时,薄膜结晶最好。过多的掺杂（Sb掺杂>20%、Co掺杂>3.0%）会破坏薄膜的晶体结构；对于SnO2薄膜,薄膜的透过率、光致发光强度以及方块电阻随热处理温度的升高先提高后降低；对于掺杂的Sn02薄膜,随掺杂浓度的增加,薄膜的透过率,光致发光强度以及方块电阻随掺杂浓度的增加先升高后降低。2.当热处理温度为550℃时,SnO2薄膜样品结构最完整,550nm处透过率达到了89%,光致发光最强峰相对强度达到了167.9,方块电阻最低为2703Ω/□；当Sb掺杂量为15%时,550nm处薄膜透过率达到了最高91%,光致发光最强峰相对强度达到了201.1,方块电阻达到最低119Ω/□；当Co掺杂量为2%时,薄膜的结构完整,550nm处的透过率达到了90%；光致发光最强峰位相对强度达到了160.1,方块电阻最低876Ω/□。3.将Sb和Co掺杂的SnO2薄膜的光电性能进行比较得出：Sb掺杂的SnO2薄膜的的透过率、光致发光性能以及导电性能都优于Co掺杂的SnO2薄膜。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 引言
• 2薄膜的研究现状'>1.1 SnO₂薄膜的研究现状
• 2透明薄膜导电性能的研究进展'>1.1.1 SnO₂透明薄膜导电性能的研究进展
• 1.1.2 Sn2透明薄膜光致发光性能的研究进展
• 2薄膜的导电机理'>1.2 掺杂型SnO₂薄膜的导电机理
• 1.3 半导体材料的光致发光原理
• 1.4 论文的研究意义、目的和方法
• 1.4.1 研究背景
• 1.4.2 研究目的
• 1.4.3 研究方法
• 第二章 薄膜的制备方法和表征手段
• 2.1 溶胶-凝胶法简介
• 2.2 旋涂法成膜简介
• 2.3 薄膜表征手段介绍
• 2.3.1 X射线衍射技术（XRD）
• 2.3.2 紫外—可见吸收光谱分析法
• 2.3.3 原子力显微镜（AFM）
• 2.3.4 光致发光光谱
• 2.3.5 四探针电阻测试
• 2薄膜的制备与光电性能研究'>第三章 SnO₂薄膜的制备与光电性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验所用试剂和仪器
• 3.2.1 实验所用试剂
• 3.2.2 实验所用仪器和设备
• 2溶胶与薄膜的制备'>3.3 SnO₂溶胶与薄膜的制备
• 2溶胶的制备'>3.3.1 SnO₂溶胶的制备
• 3.3.2 涂膜和热处理
• 3.4 实验测试结果
• 2薄膜的XRD测试结果'>3.4.1 SnO₂薄膜的XRD测试结果
• 2薄膜的原子力显微镜（AFM）图'>3.4.2 SnO₂薄膜的原子力显微镜（AFM）图
• 3.4.3 薄膜的透过率测试结果
• 3.4.4 薄膜的光致发光测试结果
• 3.4.5 薄膜的方块电阻测试结果
• 3.5 结果与讨论
• 2薄膜的结构的影响'>3.5.1 温度对SnO₂薄膜的结构的影响
• 2薄膜光学性能影响'>3.5.2 退火温度对SnO₂薄膜光学性能影响
• 2薄膜电阻的影响'>3.5.3 退火温度对SnO₂薄膜电阻的影响
• 3.6 本章小结
• 2薄膜的制备与光电性能研究'>第四章 Sb掺杂的SnO₂薄膜的制备与光电性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验所用试剂和仪器
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 2薄膜的制备'>4.3 Sb掺杂的SnO₂薄膜的制备
• 2溶胶的制备'>4.3.1 Sb掺杂的SnO₂溶胶的制备
• 4.3.2 样品的制备
• 2薄膜的测试结果'>4.4 Sb掺杂的SnO₂薄膜的测试结果
• 2薄膜的XRD图谱'>4.4.1 Sb掺杂的SnO₂薄膜的XRD图谱
• 2薄膜的AFM图'>4.4.2 Sb掺杂的SnO₂薄膜的AFM图
• 2薄膜的透过率测试结果'>4.4.3 Sb掺杂的SnO₂薄膜的透过率测试结果
• 2薄膜的光之发光测试结果'>4.4.4 Sb掺杂的SnO₂薄膜的光之发光测试结果
• 2薄膜的电学性能测试结果'>4.4.5 Sb掺杂对SnO₂薄膜的电学性能测试结果
• 4.5 结果与讨论
• 2薄膜的结构的影响'>4.5.1 Sb掺杂对SnO₂薄膜的结构的影响
• 2薄膜的光学性能的影响'>4.5.2 Sb掺杂对SnO₂薄膜的光学性能的影响
• 2薄膜的电学性能的影响'>4.5.3 Sb掺杂对SnO₂薄膜的电学性能的影响
• 4.6 本章小结
• 2薄膜的制备与光电性能研究'>第五章 Co掺杂的SnO₂薄膜的制备与光电性能研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验试剂和仪器
• 5.2.1 实验所用试剂
• 5.2.2 实验仪器
• 2薄膜的制备'>5.3 Co掺杂的SnO₂薄膜的制备
• 2溶胶的制备'>5.3.1 Co掺杂的SnO₂溶胶的制备
• 5.3.2 样品的制备
• 2薄膜测试结果'>5.4 Co掺杂的SnO₂薄膜测试结果
• 2薄膜XRD图谱'>5.4.1 Co掺杂对SnO₂薄膜XRD图谱
• 2薄膜AFM图谱'>5.4.2 Co掺杂对SnO₂薄膜AFM图谱
• 2薄膜的透过率测试结果'>5.4.3 Co掺杂对SnO₂薄膜的透过率测试结果
• 2薄膜的光致发光测试结果'>5.4.3 Co掺杂对SnO₂薄膜的光致发光测试结果
• 2薄膜的电学测试结果'>5.4.5 Co掺杂对SnO₂薄膜的电学测试结果
• 5.5 结果与讨论
• 2薄膜的结构的影响'>5.5.1 Co掺杂对SnO₂薄膜的结构的影响
• 2薄膜的光学性能的影响'>5.5.2 Co掺杂对SnO₂薄膜的光学性能的影响
• 2薄膜的电学性能的影响'>5.6 Co掺杂对SnO₂薄膜的电学性能的影响
• 2薄膜的性能比较'>5.7 不同掺杂源的SnO₂薄膜的性能比较
• 5.8 本章小结
• 第六章 结论
• 硕士期间发表论文
• 参考文献
• 致谢