纳米SnO2薄膜制备及光学特性研究文献综述
2020-04-15 16:51:51
二氧化锡为白色、淡黄色或淡灰色四方、六方或斜方晶系粉末(如图一所示),亦称为“氧化锡”、“锡酐”、“锡灰”,天然矿产物称为“锡石”。
图1SnO2晶体结构示意图
SnO2是一般被认为是缺氧的n型半导体材料,其Eg=3.5eV(300K)。作为第三代半导体材料之一,SnO2由于其禁带宽度高、抗辐射能力强等特点,引起了众多研究者的注意。
近年来,透明导电氧化物(TCO)在光电子领域引起了极大的兴趣。透明导电氧化物是在可见光区域具有更高光学透射率,低薄层电阻和更高导电性的材料。SnO#8322;是一种优秀的透明导电材料。它是第一个投入商用的透明导电材料,为了提高其导电性和稳定性,也常常进行掺杂使用,如SnO#8322;:Sb[1]、SnO#8322;:Ga[2]等。同时,这些材料在太阳能电池光催化剂[3,4],发光二极管,场效应晶体管和(异质结和同质结)二极管等方面也有着广泛应用。在ZnO,In2O3,CdO,TiO2和SnO2等各种TCO中,SnO2和ZnO是最有希望开发透明导电材料的候选材料。SnO2其高光学透明度和导电性在自旋电子器件的应用方面有着巨大吸引力。
由于SnO2对于某些气体较高的气体敏感度,还被广泛应用于检测各种有毒、易燃、易爆气体。目前已发展多种形式的SnO2纳米材料,提高材料的表面积,或通过掺杂的形式提高气体敏感度[5]。通过对于SnO2纳米材料有效改良,SnO2成为了一种有效的固体气体感应器,应用广泛。另外,由于SnO2某些特性,其还被应用于压敏电阻[6]、导电粉体、催化剂等方面。
对于SnO2粉体主要为固相合成法和液相法,其中液相法包括溶胶—凝胶法、水热法、共沉淀法、微乳液法[7]。而对于SnO2薄膜的制备主要方法有化学气相沉积法(Chemical Vapor Depostion,CVD)[8]、溅射/蒸发法、喷雾热解法、脉冲激光沉积法(Pulsed Laser Depostion,PLD)[9]等。
原子层沉积(ALD)是化学气相沉积法的一种,通过将其表面暴露于交替的气态物质(通常称为前体)而在基板上生长膜。与化学气相沉积相反,前体不会同时存在于反应器中,但它们作为一系列连续的非重叠脉冲插入。前体分子以自限制方式与表面反应,使得一旦表面上的所有反应位点被消耗,反应终止[10]。因此,在单次暴露于所有前体之后沉积在表面上的最大材料量(所谓的ALD循环)由前体与表面相互作用的性质决定。通过改变循环次数,可以在任意复杂和大的基板上均匀地和高精度地生长材料。
图1 原子层沉积过程的基本示意图。