（材料物理與化學(xué)專業(yè)論文）磁控濺射法制備p型透明導(dǎo)電二氧化錫薄膜.pdf

浙江大學(xué)順 學(xué)位論文 d c m s 法制備p 型透i 刪導(dǎo)l u 二釩化錫薄膜 摘要 寬禁帶半導(dǎo)體材料 如g a n z n o 等 是目前半導(dǎo)體材料研究領(lǐng)域的熱點之 在光電器件 高溫電子器件 透明電子器件等方面具有重要的應(yīng)用前景 二 氧化錫 s n 0 2 是一種寬帶隙氧化物半導(dǎo)體 匝 3 6 4 0 具有對可見光透 過率高 電阻率低 熱穩(wěn)定性好 化學(xué)性能穩(wěn)定以及成本低等優(yōu)點 廣泛應(yīng)用于 氣敏材料 太陽能電池 透明電極材料以及電熱材料等領(lǐng)域 但是 目前應(yīng)用最 多的透明導(dǎo)電氧化物 t c o 薄膜 如i n 2 0 3 s n s n 0 2 f 等 均為n 型導(dǎo)電 而p 型的t c o 薄膜大多在研究階段 性能優(yōu)越的p 型t c o 薄膜的制備是制備透明p n 結(jié)的必需 如果成功將對透明電子元器件的制造產(chǎn)生深遠(yuǎn)的意義 本論文綜合介紹了各種制備s n 0 2 薄膜的工藝方法 s n 0 2 薄膜的特性及其應(yīng) 用 s n 0 2 薄膜的p 型摻雜機理 并分析了在相對低的溫度下獲得性能良好的p 型 t c o 薄膜的途徑 本文實驗中采用不同的元素對s n 0 2 進(jìn)行p 型摻雜 并通過不同 的工藝參數(shù)來制備p 型的s n 0 2 薄膜的性能 通過直流磁控濺射合金靶沉積合金膜 摻雜金屬與s n 原子比均為0 2 然后在空氣中熱氧化得到p 型的s n 0 2 薄膜的 方法 分別對s n 0 2 薄膜進(jìn)行了摻i n 摻g a 試驗 成功地獲得了p 型的s n 0 2 i n 和s n o a g a 透明導(dǎo)電薄膜 實驗發(fā)現(xiàn) 6 0 0 7 0 0 溫度范圍內(nèi)熱氧化得到的 s n 0 2 i n 薄膜 在可見光范圍的平均透過率可以達(dá)到8 0 以上 空穴濃度最高可以 達(dá)到9 6 1 1 0 c m o 但用同樣方法制備的p 型的s n 0 2 g a 薄膜的電學(xué)性能比 s n 0 2 i n 薄膜的差 表明對磁控濺射法制備p 型s n 0 2 薄膜時 摻i n 比摻g a 更有 效 實驗還通過反應(yīng)濺射法沉積了s n 0 2 i n 薄膜 發(fā)現(xiàn)其電學(xué)性能遠(yuǎn)不及先沉積合 會膜 然后熱氧化法制備的s n 0 2 i n 薄膜 本論文還通過磁控濺射多靶沉積法制備了摻c u 的s n 0 2 薄膜 但實驗結(jié)果發(fā) 現(xiàn)銅沒有進(jìn)入s n 的替代位成為雙重受主 卻以銅的氧化物的形式存在 因此沒有 實現(xiàn)預(yù)期的p 型摻雜 但在較低的熱氧化溫度下 薄膜呈現(xiàn)出弱p 型導(dǎo)電特性 這可能是薄膜中存在少量的p 型導(dǎo)電的c u 2 0 所致 另外 摻c u 量的增加或熱氧 化溫度的升高均會導(dǎo)致?lián)絚 u 的s n 0 2 薄膜的晶體結(jié)構(gòu)從正交結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆浇Y(jié)構(gòu) 關(guān)鍵詞 透明導(dǎo)電薄膜 磁控濺射 p 型摻雜 二氧化錫 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 d c m s 法制各p 型透明導(dǎo)電二氧化錫薄膜 a b s t r a c t w i d eb a n d g a ps e m i c o n d u c t o rm a t e r i a l sa r eak i n do fh o r e s ts e m i c o n d u c t o r m a t e r i a l si nr e c e n ty e a r s s u c ha sg a n z n o e t c t i nd i o x i d e s n 0 2 i sak i n do fw i d e b a n dg a ps e m i c o n d u c t o rm a t e r i a lw i t hb a n d g a p 融3 6 4 0e v d u et oi t sh i g ho p t i c a l t r a n s p a r e n c y l o wr e s i s t i v i t y t h e r m a la n dc h e m i c a ls t a b i l i t i e s a n d l o wc o s to ft h e s o u r c em a t e r i a l s s n 0 2h a sb e e nw i d e l yu s e di nm a n ya p p l i c a t i o n ss u c ha sg a ss e n s o r s s o l a rc e l l s t r a n s p a r e n te l e c t r o d e s e l e c t r i ch e a t i n gd e v i c e s a n de t c h o w e v e r a l m o s t a l lt h et r a n s p a r e n tc o n d u c t i v eo x i d e t c o f i l m s e g i n 2 0 3 s n s n 0 2 f a r en t y p e c o n d u c t i n g a n dt h ep t y p et c o f i l m sa r em o s t l yi nr e s e a r c ht of a b r i c a t et r a n s p a r e n tp n j u n c t i o n sw h i c ha r en e c c e a r yf o rt r a n s p a r e n te l e c t r o n i cd e v i c e s i nt h i st h e s i s t h ep r e p a r a t i o nt e c h n o l o g y p r o p e r t y a p p l i c a t i o na n dp t y p ed o p i n g m e c h a n i s mo fs n 0 2w e r ei n t r o d u c e d p t y p et r a n s p a r e n ts n 0 2t h i nf i l m sw e r e s u c c e s s f u l l yf a b r i c a t e db yt w o s t e pm e t h o d a l l o yf i l m sd e p o s i t e db yd cm a g n e t r o n s p u t t e r i n g d o p e dw i t hi n g a s n 0 2 r e s p e c t i v e l y a n dt h e nt h e r m a l l yo x i d i z e di nt h e a i ra th i g ht e m p e r a t u r e i n d o p e ds n 0 2w i t ht r a n s m i t t a n c eo v e r8 0 i nt h e v i s i b l e r e g i o na n dh o l ec o n c e n t r a t i o na sh i g ha s9 6 1x 1 0 j s c m 3w e r eo b t a i n e da f t e ro x i d i z e d b e t w e e n6 0 0 a n d7 0 0 c w h i c ha r es u p e r i o rt og a d o p e ds n 0 2f i l m sf a b r i c a t e db y t h ee x a c t l ys a m ep r o c e s s i ts h o w st h a ti n d i u md o p i n gi sm o r ee f f e c t i v et h a ng a d o p i n gf o rp t y p ed o p i n gi ns n 0 2 i na d d i t i o n s n 0 2 hf i l m s w e r ep r e p a r e db y r e a c t i v ed cm a g n e t r o ns p u t t e r i n gu n d e rd i f f e r e n tp a r a m e t e r s b u tt h e e l e c t r i c a l p r o p e r t i e so ft h ef i l m s a r ei n f e r i o rt ot h ef i l m sf a b r i c a t e db yt h et w o s t e pm e t h o d m e n t i o n e da b o v e c u d o p e ds n 0 2t h i n f i l m sw e r ea l s ot e s t e dt or e a l i z ep t y p e c o n d u c t i o n b u tt h er e s u l t ss h o w e dt h a tc ud i dn o ts u b s t i t u t e s nt ob e h a v ea sa b i a c c e p t o ra se x p e c t e d o n l yw e a kp t y p ec o n d u c t a n c eo ft h ef i l mw a so b s e r v e da f t e r t h e r m a lo x i d a t i o n w h i c hw a sp o s s i b l yd u et ot h ee x i s t e n c eo fs o m ec u 2 0p h a s ei nt h e f i l m s h o w e v e r t h ec r y s t a l l i n i t yo fs n 0 2 t h i nf i l m sw a si m p r o v e da n dp h a s e t r a n s f o r i l l a t i o nw a sf o u n d k e y w o r d s t r a n s p a r e n tc o n d u c t i v eo x i d e m a g n e t r o ns p u t t e r i n g p t y p ed o p i n g s n 0 2 i i 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 d c m s 法制備p 型透明導(dǎo)電 二氧化錫薄膜 1 1 引言 第一章緒論 近年來 隨著電子工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展 薄膜技術(shù)日益成熟和新的工藝不斷 涌現(xiàn) 使得氧化物功能薄膜作為半導(dǎo)體材料 電極材料 介電材料 催化劑和傳 感器等新材料 并在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用 一個新的高科技產(chǎn)業(yè)一薄膜產(chǎn)業(yè)由 此應(yīng)運而生 其中以透明導(dǎo)電薄膜 傳感器 薄膜太陽能電池等為代表的薄膜產(chǎn) 業(yè)尤為突出 眾所周知 透明導(dǎo)電的二氧化錫 s n 0 2 薄膜是最早使用也是目前 應(yīng)用最廣的一種多功能材料 可稱為是整個薄膜行業(yè)的基礎(chǔ) 因此 國內(nèi)外有關(guān) s n 0 2 薄膜的制備及其性能的研究依然受到高度重視 從理論上講 純s n 0 2 屬于典型的氧化物絕緣體 但由于s n 0 2 晶體中存在氧 空位 在禁帶內(nèi)形成施主能級 因而純s n 0 2 薄膜也是一種n 型半導(dǎo)體 一直以來 n 型高電導(dǎo)率s n 0 2 薄膜的摻雜都是研究的熱點 尤其是以摻f p s b 的1 2 型s n 0 2 薄膜最為成熟 其應(yīng)用也最為廣泛 因為人為地?fù)饺雈 p s b 等元素可使電導(dǎo)率 提高一個數(shù)量級 其中摻f 制備s n 0 2 f 薄膜的電導(dǎo)率比摻s b 薄膜的還要高 l j n 型摻雜的s n 0 2 薄膜材料具有一些獨特的性能 不僅兼?zhèn)涞偷碾娮杪?1 0 q c m 高的可見光透過率 8 0 以上 在紅外光區(qū)的反射率可高達(dá)8 0 9 0 還具有優(yōu)良的膜強度 化學(xué)和熱穩(wěn)定性h 5 1 由于這些優(yōu)點 近年來s n 0 2 薄膜廣泛 應(yīng)用于氣敏傳感器 薄膜電阻 電熱轉(zhuǎn)換薄膜 熱反射鏡 液晶顯示器 太陽能 電池 玻璃及其玻璃器皿的表面保護層等領(lǐng)域 2 1 另外 由于s n 0 2 薄膜具有良 好的吸附性及化學(xué)穩(wěn)定性 因而可以在諸如玻璃 陶瓷材料 氧化物材料及其它 種類的襯底材料上沉積s n 0 2 薄膜 使這些材料的性能得到極大改善l l 但是 目前普遍研究和應(yīng)用的透明導(dǎo)電氧化物 t r a n s p a r e n t c o n d u c t i v eo x i d e 簡稱t c o 薄膜大都屬于n 型半導(dǎo)體 如果沒有p 型半導(dǎo)體t c o 材料 則無法實 現(xiàn)由t c o 材料構(gòu)成的p n 結(jié)和相應(yīng)的透明半導(dǎo)體器件 目前 雖然對p 型半導(dǎo)體 t c o 材料的研究開始關(guān)注 但是符合高性能使用要求的p 型t c o 材料仍比較缺少 其主要原因是由金屬氧化物的電子結(jié)構(gòu)特性造成的 金屬氧化物中氧的2 p 能級往 往遠(yuǎn)低于金屬原子的價帶電子能級 故金屬氧化物具有離子化合物的性質(zhì) 通過p 型摻雜產(chǎn)生的空穴容易被氧離子牢牢地吸引住 即使在外加電場作用下也很難移 動 其電學(xué)性能也就得不到優(yōu)化 因此 減小這種空穴被固定的程度是設(shè)計p 型 t c o 薄膜的首要問題1 1 4 1 5 通過解決此問題可以有效提高p 型t c o 薄膜的載流子 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 d c m s 法制各p 型透明導(dǎo)電二氧化錫薄膜 濃度及其遷移率 一旦研制成具有優(yōu)異性能的p 型t c o 薄膜并得以產(chǎn)業(yè)化 就能 滿足電子器件材料更高的要求和更多的需求 加速電子行業(yè)的發(fā)展步伐 尤其是 能制備出滿足性能要求的p 型摻雜的s n 0 2 透明導(dǎo)電薄膜 因為目前1 3 型的二氧化 錫透明導(dǎo)電薄膜在研究和應(yīng)用上尤為成熟 性能優(yōu)異 制備工藝簡單 成本低廉 1 6 j 7 倘若能制備出性能良好的p 型s n 0 2 透明導(dǎo)電薄膜 則可有望制成s n 0 2 為 基體材料的透明同質(zhì)p n 結(jié) 應(yīng)用于各類電子器件中 但是 對透明s n 0 2 進(jìn)行有效的p 型摻雜并非易事 因為s n 0 2 薄膜本身就帶 有金屬間隙原子 氧空位等施主缺陷 摻雜的受主往往先要補償施主缺陷才能夠 起到受主作用 同時受主的有效摻雜還受到受主在氧化物中的固溶度和能否成為 淺受主能級等因素的影響 因此 本實驗主要目的就是研究尋找合適的受主摻雜 劑對s n 0 2 薄膜進(jìn)行有效的p 型摻雜 并希望受主摻雜劑能夠在相對較低的溫度下 被激活起到受主作用 在本論文中 開展的主要工作就是研究探索s n 0 2 薄膜的有 效p 型摻雜 通過摻雜i n g a c u 等元素 并改變薄膜制備工藝參數(shù)等條件 在 盡可能低的溫度下以求獲得電阻率低 載流子濃度高 遷移率高和可見光透過率 高的p 型s n 0 2 透明導(dǎo)電薄膜 1 2 s n 0 2 薄膜的特性 1 2 1 s n 0 2 薄膜的晶體結(jié)構(gòu) 圖1 1s n 0 2 的金紅石結(jié)構(gòu) s n o 薄膜是一種m 0 2 型的金屬氧化物 其晶體一般為金紅石結(jié)構(gòu) 屬于四方 晶系 晶體結(jié)構(gòu)如圖1 1 所示 其晶胞為體心正交平行六面體 體心和頂角由s n 4 浙江大學(xué)碩 上學(xué)位論文 d c m s 法制備p 型透明導(dǎo)電二氧化錫薄膜 占據(jù) 晶胞參數(shù)a b 0 4 7 3 8 砌 c 0 1 3 8 8n n 陰陽離子配位數(shù)為6 3 每個 s n 4 都與6 個o 相鄰 每個氧離子都與3 個錫離子相鄰 在一般的沉積條件下獲 得的s n 0 2 薄膜為多晶的金紅石結(jié)構(gòu) 薄膜的擇優(yōu)位相強烈地依賴于沉積過程中的 襯底溫度和氧的含量 沉積的s n 0 2 薄膜經(jīng)過較高溫度熱處理后會通常以 1 1 0 i 0 1 2 0 0 及 2 1 1 等晶面生長 s n 0 2 薄膜電導(dǎo)率和晶粒尺寸都隨溫度的升 高而增大 1 2 2s n 0 2 薄膜的光電特性 二氧化錫的價帶是由氧的2 p 帶構(gòu)成 導(dǎo)帶是由錫的5 s 和5 p 帶構(gòu)成 s n 0 2 薄膜 是一種非常重要的寬禁帶氧化物半導(dǎo)體材料 其禁帶寬度為3 6 4 0e v l l 8 2 1 1 因此 s n 0 2 薄膜對可見光幾乎不吸收 具有很好的可見光透過性能 在可見光區(qū)的透過 率達(dá)8 0 以上 對可見光的折射率則為1 8 2 0 透明導(dǎo)電的s n 0 2 薄膜的電子有效 質(zhì)量為0 1 0 2 m o 室溫下載流子濃度為1 0 1 5 1 0 1 8c m 3 遷移率為5 3 0c m 2 v 1 s 電阻率為1 0 1 0 q c m s n 0 2 薄膜之所以有電阻率低的特性是因為 薄膜化學(xué)計 量比的偏離 即品格產(chǎn)生了氧空位 還有制備工藝中氯化物的摻雜造成的 由于 s n 0 2 薄膜的電阻率低 在可見光區(qū)的透過率高優(yōu)異光電特性 使得s n 0 2 及其摻雜 化合物薄膜廣泛應(yīng)用于透明電極材料 薄膜電阻器 太陽能電池 液晶顯示器 光電子器件 熱反射鏡等領(lǐng)域 1 2 3 s n 0 2 薄膜的氣敏特性 半導(dǎo)體氧化物氣敏材料是開發(fā)最早和應(yīng)用最廣泛的氣敏材料之一 而s n 0 2 薄 膜正是一種應(yīng)用廣泛的電導(dǎo)型氣敏材料 它主要的特點是電導(dǎo)率隨溫度 電壓 氣體 水分等物理 化學(xué)環(huán)境的變化而變化 這些性質(zhì)與s n 0 2 的結(jié)構(gòu)密切相關(guān) s n 0 2 半導(dǎo)體薄膜的特點就是對氧化和還原性氣體部有很好氣敏的響應(yīng) 對s n 0 2 氣敏器件的工作原理我們可以用表面吸附控制模型 22 1 來解釋 在潔凈的空氣 氧化 性氣氛 中加熱到一定的溫度時 對氧進(jìn)行表面吸附 由于二氧化錫處于s n 0 2 的狀 態(tài) 表面活性較高 在有催化劑的情況下很容易吸附氧 在材料的晶界處 材料 處于多晶狀態(tài) 或本身就是由納米級的微粒組成的 形成勢壘 該勢壘能束縛電子 在電場作用下的漂移運動 使之不易穿過勢壘 從而引起材料電導(dǎo)降低 在還原 性被測氣氛中 吸附被測氣體并與吸附氧交換位置或發(fā)生反應(yīng) 使晶界處的吸附 氧脫附 致使表面勢壘降低 從而引起材料電導(dǎo)的增加 通過材料電導(dǎo)的變化可 用來檢測氣體 純s n 0 2 薄膜對氣體的響應(yīng)比較慢 但是通過適當(dāng)?shù)膿诫s后 可以 浙江犬學(xué)碩士學(xué)位論文 d c m s 法制備p 型透明導(dǎo)電二氧化錫薄膜 占據(jù) 晶胞參數(shù)a b 0 4 7 3 8n m c 0 1 3 8 8 姍 陰陽離子配位數(shù)為6 3 每個 s o 都與6 個0 2 相鄰 每個氧離子都與3 個錫離子相鄰 在一般的沉積條件下獲 得的s n 0 2 薄膜為多晶的金紅石結(jié)構(gòu) 薄膜的擇優(yōu)位相強烈地依賴于沉積過程中的 襯底溫度和氧的含量 沉積的s n 0 2 薄膜經(jīng)過較高溫度熱處理后會通常以 1 1 0 i 0 1 2 0 0 及 2 1 1 等晶面生長 s n q 薄膜電導(dǎo)率和晶粒尺寸都隨溫度的升 高而增大 1 2 2 s n 0 2 薄膜的光電特性 二氧化錫的價帶是由氧的2 p 帶構(gòu)成 導(dǎo)帶是由錫的5 s 和5 p 帶構(gòu)成 s n 0 2 薄膜 是一種非常重要的寬禁帶氧化物半導(dǎo)體材料 其禁帶寬度為3 6 4 0e v l l 8 2 1 因此 s n 0 2 薄膜對可見光幾乎不吸收 具有很好的可見光透過性能 在可見光區(qū)的透過 率達(dá)8 0 以上 對可見光的折射率則為1 8 20 透明導(dǎo)電的s n 0 2 薄膜的電子有效 質(zhì)量為0 1 0 2 m o 室溫下載流子濃度為1 0 15 l o 8c m 遷移率為5 3 0c m 2 v 1 s 電阻率為1 0 1 0 q e m s n o 薄膜之所以有電阻率低的特性是因為 薄膜化學(xué)計 量比的偏離 即品格產(chǎn)生了氧空位 還有制備工藝中氯化物的摻雜造成的 由于 s n 0 2 薄膜的電阻率低 在可見光區(qū)的透過率高優(yōu)異光電特性 使得s n o 及其摻雜 化合物薄膜廣泛應(yīng)用于透盟電極材料 薄膜電阻器 太陽能電池 液晶顯示器 光電子器件 熱反射鏡等領(lǐng)域 1 2 3 s n 0 2 薄膜的氣敏特性 半導(dǎo)體氧化物氣敏材料是開發(fā)最早和應(yīng)用最廣泛的氣敏材料之一 而s n 0 2 薄 膜j 下是一種應(yīng)用廣泛的電導(dǎo)型氣敏材料 它主要的特點是電導(dǎo)率隨溫度 電壓 氣體 水分等物理 化學(xué)環(huán)境的變化而變化 這些性質(zhì)與s n 0 2 的結(jié)構(gòu)密切相關(guān) s n 0 2 半導(dǎo)體薄膜的特點就是對氧化和還原性氣體都有很好氣敏的響應(yīng) 對s n o 氣敏器件的工作原理我們可以用表面吸附控制模型口2 j 來解釋 在潔凈的空氣 氧化 性氣氛 中加熱到一定的溫度時 對氧進(jìn)行表面吸附 由于二氧化錫處于s n 0 2 的狀 態(tài) 表面活性較高 在有催化劑的情況下很容易吸附氧 在材料的晶界處 材料 處于多晶狀態(tài) 或本身就是由納米級的微粒組成的1 形成勢壘 該勢壘能束縛電子 在電場作用下的漂移運動 使之不易穿過勢壘 從而引起材料電導(dǎo)降低 在還原 性被測氣氛甲 吸附被測氣體并與吸附氧交換位置或發(fā)生反應(yīng) 使晶界處的吸附 氧脫附 致使表面勢壘降低 從而引起材料電導(dǎo)的增加 通過材料電導(dǎo)的變化可 用來檢測氣體 純s n 0 2 薄膜對氣體的響應(yīng)比較慢 但是通過適當(dāng)?shù)膿诫s后 可以 用來檢測氣體 純s n 0 2 薄膜對氣體的響應(yīng)比較慢 但是通過適當(dāng)?shù)膿诫s后 可以 浙江大學(xué)碩j 學(xué)位論文 d c m s 法制備p 型透明導(dǎo)電二氧化錫薄膜 大大提高s n 0 2 薄膜對某些特定氣體的響應(yīng)速度 滿足實際的應(yīng)用 1 2 4s n 0 2 薄膜的濕敏特性 濕敏材料及濕度傳感器是傳感器技術(shù)領(lǐng)域的熱點 s n 0 2 薄膜對環(huán)境的相對濕 度也十分敏感 s n 0 2 薄膜的交流阻抗隨濕度的增大而減小 這可能是由于樣品表 面吸附水分子導(dǎo)致表麗能級的瞬時漲落使表面柵極電壓降低引起的 國內(nèi)有研究 學(xué)者f 2 3 發(fā)現(xiàn) s n 0 2 薄膜從低濕到高濕樣品的響應(yīng)比較快 環(huán)境從1 1 3 r h 變化到 9 3 5 8 r h 樣品響應(yīng)時間不到1 分鐘 而且將該樣品從高濕環(huán)境中取出后 在低 于濕度1 1 3 r h 環(huán)境中放置6 小時即恢復(fù)到原阻值狀態(tài) 有研究者認(rèn)為 孔結(jié)構(gòu) 是影響濕度敏感性能最主要的因素 其較佳范圍在0 1 1u m 而且較大的孔隙對 應(yīng)較好的濕度靈敏度1 2 1 3 s n 0 2 薄膜的應(yīng)用 二氧化錫屬于n 型半導(dǎo)體材料 根據(jù)多晶半導(dǎo)體能帶模型 當(dāng)它放到空氣中 時 吸附氧 氧與電子親和力大 從半導(dǎo)體表面奪取電子 產(chǎn)生空問電荷層 使 能帶向上彎曲 電導(dǎo)率下降 電阻上升 在吸附還原性氣體時 還原性氣體與氧 結(jié)合 氧放出電子并回至導(dǎo)帶 使勢壘下降 元件電導(dǎo)率上升 電阻值下降 2 另外 經(jīng)過適當(dāng)?shù)脫诫s可得到電阻率低的二氧化錫薄膜 而且它還是一種直接禁 帶半導(dǎo)體 禁帶寬度較大 對可見光幾乎不吸收 因此二氧化錫薄膜具有很好的 可見光透過性和紅外反射能力 基于以上特點 二氧化錫被廣泛用于制備氣敏薄 膜材料 導(dǎo)電薄膜材料 電阻材料及玻璃工業(yè)材料等領(lǐng)域 1 3 i s n 0 2 薄膜在氣敏材料上的應(yīng)用 金屬氧化物的固態(tài)氣敏傳感器具有靈敏度高 結(jié)構(gòu)簡單 使用方便 價格便 宜等優(yōu)點 近年來得到了迅速的發(fā)展 尤其是s n 0 2 薄膜已成為廣泛使用的氣敏傳 感器材料 s n 0 2 薄膜材料敏感特性主要取決于二氧化錫中電子濃度的變化 在潔 凈的空氣 氧化性氣氛 中加熱到一定的溫度時 對氧進(jìn)行表面吸附 由于二氧化錫 處于s n 0 2 的狀態(tài) 表面活性較高 在有催化劑的情況下很容易吸附氧 吸附二氧 化錫表面的0 2 捕獲電子 并吸附大量負(fù)電荷 從而使載流子濃度減少 因此此時 二氧化錫半導(dǎo)體材料處于高阻狀態(tài) 在還原性被測氣氛中 吸附被測氣體并與吸 附氧交換位置或發(fā)生反應(yīng) 使晶界處的吸附氧脫附 被吸附的電子釋放出來 使 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 d c m s 法制各p 型透明導(dǎo)電二氧化錫薄膜 載流子濃度增加 從而使傳感器的阻抗大大減低 通過傳感器電阻的變化可用來 檢測氣體 其具體變化見圖1 2 所示 以c o 為例 o x y g e n ab 圖l 2a 表面氧空位俘獲傳導(dǎo)電子 電阻率升高 b 當(dāng)氧負(fù)離子和易燃?xì)怏w反應(yīng) 被俘獲電子返同導(dǎo)帶時 電阻率降低 s n 0 2 傳感器如今已經(jīng)得到了普遍使用 由s n 0 2 組成的傳感器 已成為需要及 時準(zhǔn)確的對易燃 易爆 有毒有害氣體進(jìn)行檢測預(yù)報和自動控制的天然氣 煤炭 石油 化工等部門不可缺少的一部分 到目前為止 這種半導(dǎo)體傳感器已可檢測 包括城市煤氣 0 2 h 2 0 c o c 0 2 n o s o h 2 s c 2 h s o h 甲苯 二甲 苯等多種氣體 并且已有各種固定型號的傳感器在市場上出售 甚至還有一些 專 職傳感器 如費加羅技和矢崎技器分別獨立完成的c o 傳感器 另外 智能型s n 0 2 氣敏傳感器在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用更為廣泛 例如結(jié)合仿生學(xué)和傳感器電子技術(shù) 而研制的性能類似狗鼻子的 電子鼻 能在復(fù)雜的混合氣體中對氣體進(jìn)行定量組分 分析和識別 2 6 1 電子鼻 一經(jīng)問世 便引起了廣泛的關(guān)注 d s l e e 等人 27 研究9 個分離傳感器的傳感陣列 該陣列可以定性識別一些可燃?xì)怏w 如甲烷 丙烷等 通過使用擔(dān)載了不同添加劑的納米傳感材料 這種陣列能產(chǎn)生均勻的熱分布 并 且在低溫下具有高靈敏度和良好的重現(xiàn)性 而且薄膜經(jīng)過不同摻雜后 可以極大 地提高探測靈敏度 并且可以做到有選擇性的探測 1 3 2 s n 0 2 薄膜在電子工業(yè)上的應(yīng)用 二氧化錫薄膜具有電阻率低 在可見光區(qū)的透過率高 化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定 性好等優(yōu)異特性 在電子工業(yè)上 s n 0 2 及其摻雜化合物可用于導(dǎo)電材料 薄膜電 阻器 太陽能電池 光電子器件 熱反射鏡 敏感材料 熒光燈和電極材料等領(lǐng) 域 浙江人學(xué)碩 學(xué)位論文 d c m s 法制各p 型透l w 導(dǎo)i u 一訊化錫薄膜 1 3 2 1s n 0 2 電熱膜 二氧化錫電熱膜又稱半導(dǎo)體電熱膜 無機電熱膜 透明電熱膜等 是電熱膜 中最常用的一種 該膜本身硬度高 與載體結(jié)合牢 高溫性能穩(wěn)定 能在較高溫 宣下工作 有很好的抗氧化性 化學(xué)腐蝕能力 以及較好的阻值穩(wěn)定性 并具有 節(jié)能 輕巧 長壽 無明火 起動電流小等主要特性 s n 0 2 膜是國內(nèi)半導(dǎo)體電熱 膜最早研究的課題 開始是作為小型固體電阻使用 而作為大面積電熱膜還是最 近幾年的事 由于該膜只能在中低溫范圍內(nèi)使用 主要應(yīng)用于取暖器 電熱鍋 電熱杯 淋浴器 熱水器 加熱板等 1 3 2 2 s n 0 2 透明導(dǎo)電膜 s n 0 2 透明導(dǎo)電膜及相應(yīng)的導(dǎo)電玻璃 不僅在電子工業(yè)中的液晶顯示器基板中 大量應(yīng)用 而且在大規(guī)模集成電路 光刻基板 光盤基板 太陽能電池蓋板 復(fù) 印機用表層玻璃 傳真機用玻璃透鏡片 照相制版 電腦屏幕 衛(wèi)星被動熱控制 器 汽車電熱窗以及特殊建筑用幕墻玻璃等領(lǐng)域也得到廣泛的應(yīng)用 s n 0 2 透明導(dǎo)電膜囡比i t o 膜具有更穩(wěn)定的力學(xué)和化學(xué)性質(zhì) 2 從而加深了它 在太陽能電池上應(yīng)用的研究 通過適當(dāng)?shù)膿诫s 可進(jìn)一步降低s n o z 薄膜的電阻率 由氟摻雜的s n 0 2 薄膜比其他摻雜劑摻雜的膜具有更高的電導(dǎo)率 光透過率和紅外 反射率 而且采用絨面透明導(dǎo)電膜作電極 可以得到更大的短路電流和更高的轉(zhuǎn) 換效率 二氧化錫透明半導(dǎo)體膜是薄膜太陽電池 如非晶硅太陽電池 銻化鎘 硫 化鎘太陽電池 染料敏化納米屯化學(xué)太陽電池及其他一些薄膜太陽電池必須采用 的透明電極薄膜材料 近年來 由于納米半導(dǎo)體低微材料存在著顯著的量子尺寸 效應(yīng) 以及納米晶s n 0 2 薄膜在高效再生鋰電池等方面的成功應(yīng)用 使得納米晶 s n 0 2 薄膜的研究成為熱點之一 在大功率的激光系統(tǒng)中 光學(xué)薄膜材料極易受強 光的照射而發(fā)生損傷 透明導(dǎo)電s n 0 2 薄膜在大功率激光系統(tǒng)中是極好的光學(xué)利料 的保護膜 er a d a ks b a n 和k s a t h i a d m t 2 9 j 比較幾種透明導(dǎo)電薄膜的損傷閩值后 認(rèn)為c v d 法生長的s n 0 2 薄膜具有良好的損傷閾值 1 4 2 士o 6j c m 2 1 3 2 3 s n 0 2 薄膜電阻器 s n 0 2 薄膜具有較低的電阻溫度系數(shù)及良好的熱穩(wěn)定性 s n 0 2 薄膜又i 叮作為薄 膜電阻器 l i m a i s s e l 等人1 3 0 1 的實驗室結(jié)果表明 方塊電阻在1 0 0 0 q 口左右 純 6 浙江大學(xué)碩上學(xué)位論義 d c m s 法制各p 型透明導(dǎo)電 二氧化錫薄膜 s n 0 2 薄膜在5 0 0 c 以上氧化氣氛下仍有良好的穩(wěn)定性 可以通過調(diào)節(jié)s n 0 2 薄膜的 摻雜和薄膜的厚度來獲得不同阻值的s n 0 2 薄膜電阻器 1 3 2 4 太陽能電池 s n 0 2 結(jié)構(gòu)中具有特殊的孔道適用于離子交換劑和可充電鋰離子電池的負(fù)極材 料 另外 由于折射率為1 8 2 0 的s n 0 2 薄膜具有良好的可見光透過率 8 0 以上 和低的光譜吸收率 3 以下 s n 0 2 還可用于太陽能電池光學(xué)減反射涂層 通過 對薄膜的氟摻雜 將其電阻大大降低 因而是良好的太陽能電池導(dǎo)電膜 在硅太 陽能電池表面噴涂s n 0 2 薄膜還能降低載流子表面復(fù)合速率 從而提高了太陽能電 池的短路電流 1 3 3s n 0 2 薄膜在玻璃工業(yè)上的應(yīng)用 在玻璃鍍膜工業(yè)上 氧化錫薄膜可以通過以下不同的方法沉積于玻璃的表面 上 如熱解沉積 粉術(shù)沉積 化學(xué)氣相沉積和陰極濺射等 n 本公丌特許公報昭 6 3 1 1 2 4 4 1 公開了 種透明熱反射板的產(chǎn)品 其膜層結(jié)構(gòu)為玻璃 氧化錫 鐵 氧化 錫 為三層膜系產(chǎn)品 使玻璃的反射色為青色 聯(lián)邦德國d e 3 4 1 3 5 8 7 公開了一種 磁 控反應(yīng)濺射進(jìn)行熱反射鍍膜玻璃的氧化錫干涉膜的沉積 的方法 為三層膜結(jié)構(gòu) 使玻璃具備一定的紅外反射能力 鍍膜技術(shù)工藝的成熟和多層鍍膜技術(shù)的使用 提高了其 作性能 利用二氧化錫薄膜在玻璃表面上的電性能 可制造電導(dǎo)發(fā)光 顯像屏 特殊照明器材 除冰玻璃 安全報警用玻璃 電敏儀和抗靜電蓋罩玻璃 以及陰極射線管的電子束控制裝置等 另外 由丁二s n 0 2 薄膜具有較高的硬度 為了防止玻璃器皿在制作及應(yīng)用過程 中受到劃傷和破損 j 以在玻璃表面沉積一層透明的s n 0 2 保護層 氣相沉積的 s n 0 2 薄膜已經(jīng)成功應(yīng)用于此目的上 1 4 s n 0 2 薄膜的制備方法 目前 s n 0 2 薄膜的研究和應(yīng)用較為成熟 因此制備s n 0 2 薄膜的方法也很多 用來制備s n 0 2 薄膜的方法主要有溶膠凝膠法 s o l g e l 3 u噴涂熱解法 s p r a y p y r o l y s i s 32 1 化學(xué)氣相沉積法 c v d 3 3 1 和物理氣相沉積法 p v d 等一系列 方法 其中物理氣相沉積法具體有熱蒸發(fā)法 射頻濺射法 r fs p u t t e r i n g f 3 4 直 流磁控濺射法 d cm a g n e t r o ns p u t t e r i n g 3 5j 和脈沖激光沉積法 p u l s e dl a s e r 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 d c m s 法制各p 型透明導(dǎo)電二氧化錫薄膜 d e p o s i t i o n 3 6 1 等 1 4 1 溶膠凝膠法 s 0 1 g e l 一個呈液態(tài) 分散高度均勻的體系 溶液或液膠 經(jīng)化學(xué)或物理方式的處理整 體轉(zhuǎn)變成一個呈類固態(tài) 分散高度均勻的體系 凝膠 的過程 稱為溶膠 凝膠過程 利用這個過程來合成或制備材料的方法 稱為溶膠一凝膠法 s 0 1 g e l 溶膠一凝膠法作為低溫或溫和條件下合成無機化合物或無機材料的重要方 法 在軟化學(xué)合成中占有重要地位 該法采用無機鹽或金屬有機化合物 如醇鹽 即 金屬烷氧基化合物 為前驅(qū)物 首先將其溶于溶劑 水或有機液體 中 通過在溶劑 內(nèi)發(fā)生水解或醇解作用 反應(yīng)生成物縮合聚集形成溶膠 然后經(jīng)蒸發(fā)干燥由溶膠 轉(zhuǎn)變?yōu)槟zp 通常采用旋轉(zhuǎn)涂附 s p i n c o a t i n g 或浸漬提拉 d i p c o a i n g 的 涂膜方法將溶膠均勻涂于襯底上 然后在一定的溫度下預(yù)熱處理進(jìn)行烘干得到凝 膠 待薄膜涂附或提拉到需要的厚度后再在一定的溫度下進(jìn)行退火 從而生長成 s n o 薄膜 溶膠一凝膠法工藝流程如圖1 3 所示 圖1 3 溶膠 凝膠法工藝流程圖 用溶膠一凝膠技術(shù)制備二氧化錫薄膜 既具有低溫操作的優(yōu)點 又可嚴(yán)格控 制摻雜量的準(zhǔn)確性 而且還克服了其他方法制備較大面積薄膜時的困難 因此獲 得了廣泛應(yīng)用 如s s p a r k f 3 研以錫的異丙醇鹽為前驅(qū)物 用溶膠一凝膠法制成s n 0 2 薄膜 研究了反應(yīng)物濃度 p h 基片提拉速度 熱處理溫度 時間等因素對薄膜 的厚度 電學(xué)以及光學(xué)性能的影響 劉威等人 3 9 s n c l 2 2 h 2 0 及乙醇為原料 利 用溶膠凝膠法制備了納米s n 0 2 薄膜 探討了制膜的工藝條件 同時研究了薄膜的 晶相結(jié)構(gòu) 晶粒尺寸 表面形貌以及薄膜中元素的化學(xué)狀態(tài)與熱處理條件之間的 相互關(guān)系 郭玉忠等人f 4 j 通過溶膠體系流變學(xué)實驗研究 給出了切粘度 特性粘 度及口h 隨時間的變化曲線 在此基礎(chǔ)上深入研究分析y s n 0 2 膠粒生長動力學(xué)過程 特征 結(jié)構(gòu)演變規(guī)律及其生長過程中伴隨的質(zhì)子h 釋放現(xiàn)象 實驗和理論揭示出 s n 0 2 膠粒遵循三階段模型和膠粒結(jié)構(gòu)不變性規(guī)律 同時溶膠酸性對生長動力學(xué)速 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 d c m s 法制各p 型透明導(dǎo)電二氧化錫薄膜 率有較大影響 這為s n 0 2 薄膜溶膠一凝膠工藝提供了深厚的理論基礎(chǔ) 但是溶膠一凝膠法也有不足之處 比如原料成本較高 制備周期較長 很難 得到致密均勻的薄膜 薄膜厚度不易做厚 在熱處理過程中易發(fā)生薄膜龜裂的現(xiàn) 象等等 1 4 2 噴涂熱解法 s p r a yp y r o l y s i s 利用噴涂熱解工藝來制備s n o z 薄膜即將反應(yīng)物的溶液噴涂在加熱的襯底表面 并在襯底表面 經(jīng)熱分解而生成s n 0 2 薄膜 在此工藝中 反應(yīng)溶液多采用s n c l 4 s n c h 3 2 c 1 2 等的水溶液 水為氧化劑 n 2 0 2 等為攜帶氣體 酒精 甲醇等物質(zhì) 作為稀釋劑加入反應(yīng)溶液中 熱噴涂熱解法由于其液相中的原材料是離子 聚合 物 離子團 甚至是溶膠 因此在形成復(fù)雜化合物和固溶體薄膜的同時 可以比 較容易控制其微觀結(jié)構(gòu) 它是目前制備薄膜普遍采用的方法之一 越澤廷等人1 4 lj 根據(jù)氣敏光學(xué)特性的要求 用可控氣壓噴涂和高溫處理的新方 法 制成s n 0 2 膜 膜面平整均勻 晶粒結(jié)構(gòu)細(xì)密 缺陷較少 其光學(xué)特性比用其 他方法制成的薄膜好 使用的設(shè)備及工藝簡單 用這種方法可在外型結(jié)構(gòu)較為復(fù) 雜的光波導(dǎo)表面上噴涂上敏感膜 還可用于各種膜片 包括電阻型氣敏膜 的制 作 并適合工業(yè)化生產(chǎn) 超聲霧化噴涂法是在常壓噴涂工藝的基礎(chǔ)上采用超聲增強霧化的一種新工 藝 我們知道 振蕩頻率為1 0 h z 數(shù)量級的超聲波 可穿透金屬 玻璃等固體材 料 而s n c l 水溶液吸收超聲波后 會分解生成以水分子和s n c l 4 分子為主組成的霧 化蒸氣 向霧化杯中通以氧氣或氮氣 攜帶出霧化的s n c h h 2 0 蒸汽 噴灑在加 熱的襯底表面上 反應(yīng)物在襯底表面受熱氧化 從而生成s n 0 2 薄膜 周之斌等人 4 2 j 運用該技術(shù)成功地制備了s n 0 2 薄膜 將其用于太陽電池光學(xué)減反射涂層 獲得初 步成功 噴涂熱解法制備薄膜的工藝主要受以下參數(shù)影響 反應(yīng)物溶液的組分 攜帶 氣體的流量 噴出液體霧化效果 噴嘴到襯底的距離 襯底溫度以及沉積時間等 1 4 3 化學(xué)氣相沉積法 c v d 顧名思義 化學(xué)氣相沉積 c v d 法是利用一種或多種氣態(tài) 蒸氣 物質(zhì)在熱固 體表面 稱為襯底或基體 上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng) 形成一層固態(tài)沉積物的過程 由于 它是通過 個個分子的成核和生長 特別適宜在形狀復(fù)雜的基體上形成高度致密 和厚度均勻的薄膜 且沉積溫度遠(yuǎn)低于薄膜組分物的熔點 從而成為高技術(shù)領(lǐng)域 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 d c m s 法制備p 型透明導(dǎo)電二氧化錫薄膜 不可或缺的薄膜制備技術(shù) s n c l 2 s n c l 4 及含錫的有機化合物 血n s n c h s 常 用作沉積s n 0 2 薄膜的反應(yīng)物源 在化學(xué)氣相沉積反應(yīng)中 襯底表面吸附的氧原子 或水分子 與氣相的錫碰撞 在襯底表面生長成s n 0 2 薄膜 但是在高溫條件下 體相反應(yīng)將嚴(yán)重影響薄膜的沉積速率 并在表面形成薄霧 通過加大反應(yīng)氣體的 流速 可以部分地消除這種影響 圖1 4 是化學(xué)氣相沉積裝鼉的示意圖 0 c o u 0 l e 圖l 一4 化學(xué)氣相沉積的裝置示意圖 s w l e e 等人 4 j 采用金屬有機化學(xué)氣相沉積法 m o c v d 以四乙基錫作為有 機金屬源制備s n 0 2 薄膜 利用x r d s e m a e s 等方法對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征 并與 采用金屬有機分解法 m o d 匍j 備的s n 0 2 薄膜進(jìn)行微結(jié)構(gòu)比較 得出了如下結(jié)論 m o c v d 法制得的薄膜具有粗糙 濃密的柱狀結(jié)構(gòu) 而m o d 法制得的厚膜具有孔 結(jié)構(gòu) 王雅靜等人1 4 4 用等離子增強化學(xué)氣相沉積法口e c v d 制備了非晶s n 0 2 薄膜 p e c v d 是制各薄膜的一種新型方法 它兼?zhèn)淞嘶瘜W(xué)氣相沉積和等離子體沉積的低 反應(yīng)溫度 高活化能的優(yōu)點 另外 準(zhǔn)分子激光c v d 是近年來迅速崛起的精確成 膜技術(shù) 它可利用激光光束的選擇性以及光強依賴性 實現(xiàn)圖形的轉(zhuǎn)換以及直接 圖形生長 化學(xué)氣相沉積工藝的設(shè)備簡單成本低并且易于操作 沉積溫度低 易于實現(xiàn) 摻雜 它還可以有效地控制薄膜的化學(xué)成分 與其他相關(guān)工藝具有較好的相容性 等 制得的s n 0 2 薄膜致密性比較好 在化學(xué)氣相沉積工藝中 主要得控制參數(shù)是 反應(yīng)氣體的流量 反應(yīng)氣體中個反應(yīng)物的計量比 襯底溫度和反應(yīng)裝置的幾何形 狀等 沉積速率主要由反應(yīng)氣體的流量和襯底的溫度控制 化學(xué)氣相沉積制得的 s n 0 2 薄膜具有薄膜均勻性好 結(jié)構(gòu)致密 薄膜厚度易于達(dá)到 遷移率高等優(yōu)點 浙江火學(xué)碩上學(xué)位論文 d c m s 法制各p 型透明導(dǎo)電二氧化錫薄膜 1 4 4 物理氣相沉積法 p v d 物理氣相沉積法 p v d 是用電弧 高頻或等離子體將原料加熱 使之氣化 或形成等離子體 然后驟冷使之凝結(jié)成超微粒子 可采取通入惰性氣體 改變壓 力的辦法來控制微粒大小 通常 它包括真空蒸發(fā) 濺射 離子鍍等方法 真空 蒸發(fā)工藝是在真空中加熱鍍膜材料 使它在極短時間內(nèi)蒸發(fā) 蒸發(fā)了的鍍膜材料 分子沉積在基材表面上形成鍍膜層 而濺射工藝則是以惰性氣體放電而產(chǎn)生的正 離子轟擊固體陰極而把其材料轟擊出來 沉積到襯底上形成薄膜 濺射按工作電 源的不同可分為射頻 r f 濺射和直流 d c 磁控濺射兩種 濺射工藝重復(fù)性和 可控性好 可以制備超細(xì)微粒 致密 高質(zhì)量的薄膜 1 4 4 1 真空蒸發(fā)工藝 用真空蒸發(fā)工藝來制備s n o z 薄膜的研究也不少 即先采用真空蒸發(fā)工藝生長 錫的金屬薄膜 再將錫薄膜氧化而得到薄膜 金屬錫或氧化錫常被用作蒸發(fā)源 s n o 薄膜的電學(xué)和光學(xué)特性主要由氧化溫度決定 氧化溫度一般在3 5 0 5 0 0 如果氧化不完全 會有s n o 相存在 s n 0 2 薄膜的電導(dǎo)率和透光率都會降低 傳統(tǒng) 的電子束蒸發(fā) e b e 制備s n 0 2 薄膜效果不是很好 原因是這種方法在制備s n 0 2 薄膜時 化學(xué)成分嚴(yán)重失調(diào) 即使襯底溫度很高也很難達(dá)到適量的氧空位 晏繼 文等人 4 5 在電子束蒸發(fā)系統(tǒng)中引入了等離子增強體技術(shù) 工藝條件為氧分壓p o 5 1 0 p a 襯底溫度t s 4 5 0 2 沉積速率r 2 3a s 然后進(jìn)行退火處理制得 了性能良好的摻雜s n 0 2 薄膜 透過率t 達(dá)9 0 電阻率p 為1 0 q c m 1 4 4 2 射頻濺射法 r fs p u t t e r i n g 射頻濺射是利用射頻放電等離子體進(jìn)行濺射的 類方法 其頻率為1 3 5 6 m h z 它利用高頻振蕩器產(chǎn)生頻率為1 3 5 6m h z 的高頻電源 通過射頻匹配箱連接 到濺射靶上 工作時電子在高頻電場的作用下和氬氣碰撞使氬原子電離 高能氬 離子在電場作用下朝陰極靶加速并轟擊陰極濺射出靶材原子或分子 原子或分子 運動到襯底上經(jīng)冷凝 形核 長大從而形成薄膜 射頻濺射所使用的靶材包括導(dǎo) 體 半導(dǎo)體和絕緣材料等 因此其應(yīng)用范圍較廣 有研究者1 46 j 直接用s n 0 2 粉末和 s b 0 粉末高溫?zé)Y(jié)作成靶 濺射沉積得到性能良好的摻s b 的二氧化錫薄膜 也有 一些研究者采用錫靶先射頻濺射形成純錫膜 然后再進(jìn)行氧化處理 獲得細(xì)小均 浙江人學(xué)碩士學(xué)位論文d c m s 法制備p 型透明導(dǎo)電二二氧化鐲薄膜 勻的二氧化錫薄膜 劉慶業(yè)等at 4 7 采用高純s n 9 9 9 9 金屬作為靶材 采用射頻濺射法在s y 1 0 0 0 型射頻濺射儀 中國科學(xué)院微電子研究所研制 上首先濺射形成純錫膜 然后再 進(jìn)行氧化處理 獲得細(xì)小均勻的納米級 性能良好的s n 0 2 納米薄膜 其裝置示意 圖1 5 所示 冷卻水 濺射靶 真空系統(tǒng) 氣體 圖1 5 射頻濺射儀示意圖 獲得納米薄膜的工藝為 射頻功率 為3 0 0w 濺射靶與襯底的距離為1 5 0m m 樣品臺的旋轉(zhuǎn)速度為8r m i n 襯底溫度為室溫 背底真空度為4 5 x 1 0 一p a 工作氣 體為9 9 9 9 9 的高純氬氣 濺射時工作室內(nèi)的壓力維持在0 1p a 然后將錫膜在 5 5 0 進(jìn)行氧化熱處理2 3 d 時 該新工藝易于控制 操作簡單 可重復(fù)性好 作為制備二氧化錫的一種新工 藝 具有良好的應(yīng)用前景 但缺點是沉積速率較低 荷能離子對薄膜表面會有損 傷 1 4 4 3 直流磁控濺射法 d cm a g n e t r o ns p u t t e r i n g 直流磁控濺射技術(shù)是一種沉積速度較高 工作氣體壓力較低的濺射技術(shù) 具 有其獨特的優(yōu)越性 其基本原理是在真空下電離惰性氣體形成等離子體 氣體等 離子在靶上附加偏壓的吸引下 轟擊靶材 濺射出會屬離子沉積到襯底上 有時 為了需要 還通入反應(yīng)氣體如氧氣等 濺射用的惰性氣體一般選擇氨氣 因為它 的濺射率最高 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 d c m s 法制各p 型透明導(dǎo)電二二氧化錫薄膜 直流磁控濺射儀的裝置如i 6 圖所示 圖l 6 直流磁控濺射儀的裝置不慈幽 利用磁控濺射法制備高質(zhì)量的s n 0 2 薄膜的研究報道也很多 通過磁控濺射方 法得到致密均勻的薄膜 然后通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚨玫叫阅芰己玫膕 n 0 2 薄膜 林偉等人 4 8 采用磁控濺射儀 直流反應(yīng)濺射s n 0 2 薄膜 工藝參數(shù)條件為 濺 射氣壓為0 5p a 0 2 與a r 體積比為1 1 0 濺射功率為1 5 0 w 濺射時間為5 m i n 然 后將濺射好的s n 0 2 薄膜在5 0 0 c 下