[发明专利]一种F、Sb双元素共掺SnO2

说明书

本发明公开了一种F、Sb共掺SnO₂薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)以五水四氯化锡作为SnO₂的前驱体，以氢氟酸、三氯化锑分别作为F、Sb元素掺杂源，采用溶胶‑凝胶法制备所需溶胶；(2)硅片衬底清洗以获得符合要求的硅片衬底表面；(3)利用匀胶机在硅片衬底上旋涂溶胶，经胶化过程得到凝胶；凝胶经过干燥、热处理，冷却后清洗灰质制得SnO₂薄膜制备。本发明采用F、Sb两种价格便宜，原料来源广泛且容易实现工业化生产的元素；采用溶胶‑凝胶法制备薄膜，简化了制备工艺，节省了时间和劳动强度，提高了可操作性；采用低温预热处理和高温热处理相结合的手段，提高薄膜稳定性和薄膜与衬底的结合能力，对于制备双元素共掺SnO₂薄膜提供了一种新思路。

技术领域

本发明薄膜材料制备技术领域，特别涉及一种F、Sb双元素共掺SnO₂薄膜的制备方法。

背景技术

透明导电氧化物薄膜的研究如今已是材料研究领域的热门课题之一。它是一种在可见光范围内具有较高的透光性，与此同时兼有优良导电性能的一种薄膜。目前，商业化应用最为广泛的氧化铟锡(In₂O₃：Sn，ITO)材料由于铟资源的稀缺且价格昂贵，迫使研究者们寻找和开发性能优异的新型廉价TCO材料。SnO₂透明导电薄膜是一种宽禁带n型半导体固体薄膜，一般为多晶型，呈四方金红石结构，禁带宽度为3.6～4.2eV，不仅生产成本较低，而且兼备优异的电学及光学性能。该薄膜可以很好的附着在玻璃和陶瓷的表面，可以通过与衬底的化学键结合。

基于SnO₂的透明导电氧化物薄膜材料在实验和理论研究中都受到了人们广泛的关注，如氧化锡锑和氧化锡氟已经被制造并实现工业化生产，但是其导电性能与氧化铟锡相比仍存在一定差距。所以，仍然需要不断探索新的基于SnO₂的透明导电膜材料，以满足人们的生活和生产需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种F、Sb双元素共掺SnO₂薄膜的制备方法，该方法可以得到高透光性，兼顾良好导电性的薄膜材料。

本发明的技术方案为：一种F、Sb双元素共掺SnO₂薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)溶胶制备：先配制体积为20～30ml的五水四氯化锡和无水乙醇混合后进行搅拌25～ 45min；配制体积为20～30ml的三氯化锑、氢氟酸和乙酰丙酮混合后进行搅拌25～45min；然后将上述两种混合液进行混合，并加入稳定剂进行搅拌1.5～2.5h，制得40～60ml的溶胶；

(2)硅片衬底清洗：分别用去离子水、氢氟酸、丙酮和无水乙醇按顺序超声清洗5～10min，以获得符合要求的硅片衬底表面；

(3)SnO₂薄膜制备：利用匀胶机在硅片衬底上旋涂溶胶，经胶化过程得到凝胶；凝胶经过干燥、热处理，冷却后清洗灰质制得SnO₂薄膜制备。

进一步地，所述五水四氯化锡和无水乙醇的质量比为(1～3)：(5～6)；所述三氯化锑、氢氟酸和乙酰丙酮的质量比为(1～2)：(1～2)：(45～50)。

进一步地，所述氢氟酸的质量分数为5％。

进一步地，所述五水四氯化锡和无水乙醇混合后进行常温搅拌，三氯化锑、氢氟酸和乙酰丙酮混合后进行水浴加热磁搅拌，将上述两种混合液进行混合，并加入稳定剂进行水浴加热磁搅拌；水浴加热磁搅拌是为了维持制备溶胶需要的温度条件，以保证液体混合后达到实验需求。

进一步地，所述稳定剂包括聚乙二醇和火棉胶；聚乙二醇具有较好的增溶和分散作用，选择聚乙二醇作为稳定剂，可以使制备出的溶胶更均匀，浓度和粘度更符合实验要求；而火棉胶作为一种助溶剂，也可以起到相似的作用。