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热处理对溶胶—凝胶旋涂法制备ITO薄膜性能的影响

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摘要

引言

1 ITO薄膜材料概述

1.1 ITO薄膜的晶体结构和能带结构

1.1.1 ITO薄膜晶体结构

1.1.2 ITO薄膜的能带结构

1.2 ITO薄膜的光学原理和电学原理

1.2.1 ITO薄膜的电学原理

1.2.2 ITO薄膜的光学原理

1.3 ITO薄膜的应用

1.3.1 平面显示应用

1.3.2 电致变色窗

1.3.3 太阳能电池

1.3.4 微波屏蔽和防护镜

1.3.5 交通工具风挡

1.3.6 气敏元件

1.4 ITO薄膜的制备方法

1.4.1 磁控溅射法(Magnetron sputtering)

1.4.2 真空蒸发法(vacuum evaporation)

1.4.3 喷雾热分解(Spray pyrolysis)

1.4.4 化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition)

1.4.5 脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition)

1.4.6 溶胶-凝胶法(Sol-Gel Method)

2 溶胶-凝胶法制备ITO薄膜的研究进展

2.1 退火对ITO薄膜性质的影响的研究进展

2.1.1 退火对ITO薄膜中Sn浓度的影响

2.1.2 退火对ITO薄膜质量、表面形貌的影响

2.1.3 退火对ITO薄膜导电性质的影响

2.1.4 退火对ITO薄膜透射性质的影响

2.2 制备ITO溶胶的方法

3 本文的实验过程及表征方法

3.1 本文的实验过程

3.2 本文实验的注意事项

3.3 本文使用的表征方法

3.3.1 X射线衍射表征晶体结构(XRD)

3.3.2 扫描电子显微镜表征表面形态(SEM)

3.3.3 四探针法表征电阻率

3.3.4 紫外-可见分光光度计表征透射率

4 退火温度对ITO薄膜的影响

4.1 XRD分析

4.2 SEM分析

4.3 透过率分析

4.4 电阻率分析

5 退火时间间隔对ITO薄膜的影响

5.1 XRD分析

5.2 SEM分析

5.3 透过率分析

5.4 电阻率分析

结论

参考文献

攻渎硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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摘要

氧化铟锡薄膜(即ITO薄膜),是透明导电半导体材料,禁带宽度在3.5eV-4.3eV之间。由于其优秀的光学性能和电学性能,它被广泛的应用在各种光电器件中,如太阳能电池的透明电极、平面显示器和气敏器件等。ITO薄膜的制备方法多种多样,而溶胶-凝胶法制备ITO薄膜具有价格低廉和设备简单、易操作的优势,被广泛使用和研究。
  本文以铟和锡的无机金属盐(InCl3和SnCl4·5H2O)作为原始材料,采用溶胶-凝胶旋涂法制备ITO薄膜。ITO薄膜的晶体结构、表面形貌、可见光透射率和电阻率分别通过X射线衍射(XRD),场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),紫外-可见分光光度计和四探针法进行表征。本文的研究主要有以下两个部分:
  一、采用溶胶-凝胶旋涂法制备ITO薄膜,并将制得的ITO薄膜在空气中用相同的退火时间间隔和不同的退火温度条件下进行热处理。XRD衍射谱表明了ITO薄膜全部为立方铁锰矿结构的多晶,即为立方In2O3结构,并且ITO薄膜的衍射峰没有与Sn粒子或Sn原子的化合物相位保持一致的,这说明了所有的Sn原子都占据了ITO薄膜的晶体结构的格点,掺杂进入了In2O3的晶格点阵中。XRD结果还说明了退火温度的升高能够提高ITO薄膜的结晶度。SEM图像表明退火温度的提高改善了薄膜的表面形貌,晶粒尺寸先减小后增大。ITO薄膜的可见光透射率随着退火温度的提高先增大后减小。电阻率随着退火温度的提高先急剧的减小而后略有升高。这些结果都说明了退火温度能够提高ITO薄膜的性能。
  二、采用溶胶-凝胶旋涂法制备ITO薄膜,并将制得的ITO薄膜在空气中用相同的退火温度和不同的退火时间间隔下进行热处理。XRD衍射谱说明了ITO薄膜的结构仍然为立方In2O3结构和Sn原子也都全部掺杂进入了In2O3的晶格点阵中。XRD衍射谱表明退火时间间隔延长使部分晶体的生长面从(222)晶面转变为(400)晶面。SEM图像表明随着退火时间的延长,ITO薄膜的表面形态发生了变化,晶粒尺寸变大。ITO的可见光透过率随着退火时间间隔的延长逐渐变大。而退火时间间隔的延长没能使ITO薄膜的电阻率发生明显的变化。

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