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超声喷雾热解法制备SnO_2：F薄膜及性能分析

作　者: 王东丽
导　师: 施卫
学　校: 西安理工大学
专　业: 物理电子学
关键词: 超声喷雾热解法 SnO2:F薄膜正交实验回归分析 SPSS软件
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

SnO2是一种宽带隙氧化物半导体材料,禁带宽度Eg=3.6-4.0eV。SnO2薄膜由于具有对可见光透过性好、紫外吸收系数大、电阻率低、化学性能稳定以及室温下抗酸碱能力强等优点,已被广泛的应用在太阳能电池、电热材料、透明电极材料以及气敏材料等方面。喷雾热解法以其设备简单、成本低、制备样品快等优点成为一种很有应用潜力的制备SnO2薄膜的方法,另外喷雾热解法在镀膜玻璃的工业化生产中有着广阔的应用领域。以SnCl4·5H20和NH4F为原料,本文采用超声喷雾热解法在石英玻璃管内壁制备掺F的二氧化锡薄膜。运用正交方法设计实验,研究了制备SnO2：F薄膜过程中的五种影响因素,如：F浓度(F% mol)、Sn浓度(Sn% mol)、酒精浓度、喷涂时间以及基底温度,对薄膜方阻和在可见光范围内的平均透过率的影响,得出最佳工艺组合为基底温度为500℃,F的浓度为2%(mol)、Sn的浓度为15%(mo1)、酒精浓度为30%(m1)、喷涂时间为15s。最后利用回归分析,建立了光透过率、方阻与F%、Sn%、酒精浓度、基底温度以及喷涂时间这五个影响因素之间的线性关系。通过实验分析了SnO2：F透明导电薄膜方阻随温度变化的实验规律,用SPSS软件拟合,得到的二次拟合曲线很好的反映了薄膜的温度随方阻变化的特性。拟合优度R2=0.883,二次拟合回归方程R=87.688+0.10t+4.25×10-5t2。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 前言  8-12
  1.1 几种透明导电薄膜简介  8-10
    1.1.1 ZnO薄膜  8-9
    1.1.2 In_2O_3薄膜  9-10
    1.1.3 SnO_2薄膜  10
  1.2 论文的研究目标和主要内容  10-12
2 SnO_2导电薄膜  12-29
  2.1 SnO_2薄膜特性  12-13
    2.1.1 SnO_2薄膜晶体结构  12
    2.1.2 SnO_2薄膜光电特性  12-13
    2.1.3 SnO_2薄膜物理化学特性  13
  2.2 掺杂SnO_2薄膜的导电机理  13-21
    2.2.1 半导体的导电机理  13-14
    2.2.2 半导体中电子的运输  14-15
    2.2.3 半导体的电子散射机制  15-20
    2.2.4 掺锑、氟SnO_2薄膜的导电机理  20-21
  2.3 薄膜生长  21-22
    2.3.1 薄膜生长的三种模式  21
    2.3.2 薄膜生长的阶段  21-22
  2.4 掺杂SnO_2薄膜材料的常用制备方法  22-26
    2.4.1 化学气相沉积法  22-23
    2.4.2 溶胶-凝胶法  23
    2.4.3 喷雾热解法  23-26
  2.5 SnO_2薄膜的应用  26-28
    2.5.1 太阳能电池  26-27
    2.5.2 光电子器件  27
    2.5.3 透明电极  27-28
  2.6 本章小结  28-29
3 超声喷雾热解法制备SnO_2:F透明导电薄膜  29-43
  3.1 喷雾热解法制备薄膜的原理  29
  3.2 实验装置  29-30
  3.3 薄膜性能测试技术  30-32
    3.3.1 薄膜结构和表面形貌的测量  30
    3.3.2 方阻的测量  30-31
    3.3.3 光透过率的测量  31
    3.3.4 膜厚的测量  31-32
  3.4 测试SnO_2:F薄膜方阻随温度变化的实验电路  32
  3.5 正交设计方法在薄膜制备中的应用  32-36
    3.5.1 正交设计方法介绍  32-34
    3.5.2 正交方法设计实验  34-35
    3.5.3 超声喷雾热解法制备SnO_2:F薄膜的步骤  35-36
  3.6 正交方法分析实验结果  36-42
    3.6.1 回归分析  39-42
  3.7 本章小结  42-43
4 SnO_2:F薄膜性能研究  43-55
  4.1 影响SnO_2:F薄膜性能的工艺参数  43-46
    4.1.1 基底温度对薄膜光透过率和方阻的影响  43-44
    4.1.2 喷涂时间对薄膜光透过率和方阻的影响  44
    4.1.3 F掺杂量对薄膜光透过率和方阻的影响  44-45
    4.1.4 酒精浓度对薄膜光透过率和方阻的影响  45-46
  4.2 薄膜性能测试  46-48
    4.2.1 发热功率测试  46-47
    4.2.2 结合强度测试  47
    4.2.3 化学稳定性测试  47
    4.2.4 热稳定性测试  47
    4.2.5 表面形貌测试  47-48
  4.3 薄膜方阻-温度分析  48-53
    4.3.1 SPSS软件  48-49
    4.3.2 方阻为62Ω的SnO_2:F薄膜热稳定性分析  49-51
    4.3.3 方阻为95Ω的SnO_2:F薄膜热稳定性分析  51
    4.3.4 方阻为91Ω的SnO_2:F薄膜热稳定性分析  51-53
  4.4 本章小结  53-55
5 总结  55-56
  5.1 本文研究工作总结  55
  5.2 未来工作展望  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-61
附录  61

超声喷雾热解法制备SnO_2：F薄膜及性能分析

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