摘要本文以SnCl2·2H2O、NH4F为原料，采用溶胶-凝胶法制备FTO透明导电薄膜。
通过对薄膜制备的各种工艺参数包括FTO溶胶的配制、基体的处理、涂层厚度、热处理等的实验分析，利用太阳膜透过率测量仪、测试电阻等手段，以光电性能为测试内容，综合探讨了F掺杂浓度、热处理温度、薄膜厚度对薄膜的光电性能的影响。
实验得出FTO溶胶的配置方案为：SnO2的浓度为0.4 mol/L，H2O /SnCl2·2H2O=4 (mol ratio)，pH=2-3，F：Sn (mol%)=5 %。
在FTO薄膜中，适量的F掺杂会显著提高薄膜的导电性，并且透光率良好；随着热处理温度的提高，薄膜的导电性略微提高，透光率提高；薄膜厚度的增加使其导电性提高，但透光率有所下降。
最终得出：F掺杂浓度为5 mol%，热处理温度为500 ℃，薄膜厚度为3层时，FTO薄膜的光电性能最优，其平均透光率可达81.5 %，每厘米间电阻为978 。
关键词：溶胶-凝胶；FTO；SnO2；透明导电薄膜；F掺杂AbstractIn this paper, FTO composite transparent conductive films were prepared by sol-gel method. The raw materials are SnCl2·2H2O and NH4F. The various parameters of film preparation were studied, including the configuration of FTO sol, matrix processing, coating thickness, heat treatment temperature, etc. According to optical performance test, the effect of F doping concentration, heat treatment temperature and film thickness on the surface morphology and optical properties were studied by solar film transmittance measurement instrument and multimeter.The optimal configuration of SnO2sol: sol concentration 0.4 mo1/L, H2O /SnCl2·2H2O=4 (mol ratio), pH=2-3;For FTO film, the appropriate amount of F doping can significantly improve the film conductivity and transmittance. As the increase of heat treatment temperature, the film conductivity and transmittance increase. As the increase of film thickness, the film conductivity increased, but the transmittance decreased.When the F doping concentration is 5mol%, heat treatment temperature at 500 ℃, and film thickness is 3, the FTO film has the best optical properties, the average light transmission rate is up to 81.5 %, and resistance is 978 per centimeter.Key words: sol-gel; FTO; SnO2; transparent conductive film; F doping目录第1章绪论 (1)1.1 SnO2薄膜的研究进展 (1)1.2 SnO2薄膜的制备方法 (4)1.2.1 磁控溅射镀膜 (4)1.2.2 热喷涂技术 (5)1.2.3 化学气相沉积法(CVD) (5)1.2.4 溶胶-凝胶法 (5)1.3 SnO2薄膜的结构和性能 (6)1.3.1 SnO2薄膜的结构和性能 (6)1.3.2 FTO薄膜的导电机理 (7)1.4 透明导电薄膜的应用 (8)1.4.1 显示器件中的应用 (8)1.4.2 建筑玻璃领域中的应用 (8)1.4.3 在光电、光热、电热及气敏器件中的应用 (8)1.4.4 其他方面的应用 (8)1.5 课题研究的目的和主要内容 (9)第2章实验内容与方法 (10)2.1 实验原理 (10)2.2 实验设备 (10)2.3 实验用试剂及药品 (11)2.4 FTO溶胶配置方案的确定 (11)2.4.1 SnO2浓度的变化 (11)2.4.2 水加入量的变化 (12)2.4.3 pH值的变化 (13)2.4.4 F掺杂浓度 (13)2.5 实验主要步骤 (14)2.5.1 FTO溶胶的配制 (14)2.5.2 玻璃基体的清洗 (15)2.5.3 FTO薄膜的制备及热处理 (15)2.6 对试样进行性能表征 (16)2.6.1 薄膜光学性能表征 (16)2.6.2 薄膜电学性能表征 (16)第3章实验结果与分析 (17)3.1 FTO溶胶不同配置方案对薄膜性能的影响 (17)3.1.1 不同的SnO2浓度对薄膜质量的影响 (17)3.1.2 不同去离子水加入量对薄膜质量的影响 (17)3.1.3 不同的PH值对薄膜质量的影响 (18)3.2 F的掺杂浓度对FTO薄膜光电性能的影响 (19)3.2.1 F掺杂浓度对FTO薄膜透光率的影响 (19)3.2.2 F掺杂浓度对FTO薄膜导电性的影响 (20)3.3 热处理温度对FTO薄膜光电性能的影响 (20)3.3.1 热处理温度对FTO薄膜透光率的影响 (20)3.3.2 热处理度对FTO薄膜导电性的影响 (21)3.4 薄膜厚度对FTO薄膜光电性能的影响 (22)3.4.1 薄膜厚度对FTO薄膜透光率的影响 (22)3.4.2 薄膜厚度对FTO薄膜导电性的影响 (23)第4章结论 (25)参考文献 (26)致谢 (27)附录A 译文 (28)附录B 英文材料 (35)第1章绪论薄膜作为一种特殊形态物质，已经成为微电子学、光电子学、磁电子学、材料表面改性、传感器、太阳能利用、液晶显示等新兴交叉科学的重要材料基础，并广泛应用于当代科学技术的各个领域，特别是高新技术领域[1]。
透明导电薄膜是一种重要的光电材料。
透明导电薄膜既有高导电性，又在可见光范围内有很高的透光性，在光电产业中有着很高的应用前景。
透明导电薄膜本身具有高的载流子浓度，是电的良导体；并在不同的电磁波频率范围内具有光选择性，它会反射红外光，并吸收紫外光，又使可见光穿透。
由于具有这些优异的特性，使其在太阳能电池、液晶显示器、气体传感器、飞机和汽车导热窗玻璃(防雾和防结冰)等领域得到广泛应用[2]。
随着高新技术产业的发展，特别是微电子产业的发展和人民生活水平的日益提高，透明导电薄膜材料会如同其他电子薄膜材料一样，在全球范围内进入一个新的蓬勃发展时期。
透明导电薄膜的质量主要体现在薄膜的结构、表面形貌、在其可见光区的透射率和电阻率。
透明导电薄膜的光学和电学性能强烈依赖于各种成分的化学计量比、杂质的种类和浓度、薄膜的显微结构以及后期的热处理工艺，因此，薄膜的制备方法与技术对透明导电薄膜的性能有着极为重要的影响[3]。
FTO，即SnO2掺杂F的透明导电薄膜材料，因其具有良好的透光率，导电性等光电特性，现今已愈来愈受到导电薄膜界的重视。
本文就是利用溶胶一凝胶法制备出FTO透明导电薄膜，并对其性能进行研究[4]。
1.1SnO2薄膜的研究进展SnO2膜是较早投入商业使用的透明导电材料，由于其与玻璃基体较好的附着性，较高的莫氏硬度，且化学稳定性好，耐腐蚀高等特性[5,6]。
目前，在透明导电薄膜的研究中，SnO2：F(FTO)和SnO2：Sb两种掺杂体系所表现出比较优异的光学和电学性能[7]。
在导电膜的研究当中，采用不同技术制备的SnO2薄膜性能差别很大，Vasu V等在研究中发现，在溅射镀膜过程中，重要的制备工艺参数包括基片温度、工作气体压力及流量、溅射功率、薄膜厚度、后续退火工艺等。
在喷涂热分解法制备SnO2过程中，水分也具有明显的作用。
溶胶一凝胶法的制备过程中，前躯体的摩尔浓度、搅拌时间、温度、pH值等都对后期的成膜有着重要的影响。
基片温度的提高可以显著改善SnO2薄膜的导电性能，提高薄膜中的载流子浓度和霍尔迁移率。
溅射过程中的氧偏压也会影响SnO2薄膜的电学性能，当氧偏压在6.7x10-4-10-2 Pa范围内变化时，薄膜电阻率呈降低后增加的趋势，最小电阻率为 3.2x10-3 Ω·cm。
后续的退火工艺对薄膜的光电性能影响则可归因于薄膜晶界处氧的吸脱附，而非结构的变化。
不同退火温度和气氛下得到薄膜的电学性能差异很大。
Shanthi E等在对SnO2薄膜散射机制研究结果表明，SnO2中晶界散射作用明显；但对掺杂等体系，晶粒内效应(主要为电离杂质散射)具有更为重要的作用。
Bruneaux J研究电阻率与载流子浓度关系的结果表明，当载流子浓度小于10-19cm-3时晶界散射能较好的解释实验结果；当载流子浓度大于10-19 cm-3时，必须考虑到晶粒散射特征才能较清楚地说明问题。
De A和Ray S发现掺杂的SnO2薄膜的高透区在400-2000 nm之间，光学能系值在4.1-4.2 eV之间，间接能系值在2.25-3.05 eV之间。
当后续热处理温度从150℃升高到450 ℃时，光学能系值则从3.83 eV升到4.13 eV。
DemichelisF等对SnO2光学常数的研究表明，折射率n在透光区间的值约为2.0，在近红外区单调降低到1.0附近；消光系数k在可见光区几乎为零，在红外区单调上升。
当波长λ<0.5μm，n 、k急剧增大，这对应着带间跃迁。
在色散区和非色散区交界处，n、k有一复杂波动区。
这种波动是由于SnO2晶粒的各向异性取向，不同的晶粒取向导致了不同的色散关系。
一般而言，SnO2薄膜在可见光区的透射率可大于80 %，红外区的反射率同薄膜中的载流子浓度有关。