FTO薄膜热处理过程中的表面演化及性能的研究

【摘要】：本文研究了热处理温度对FTO(fluorine doped tin oxide, FTO)薄膜结构、形貌、物质组成、光电性能和微观应力的影响。在大气条件下,20-700℃的温度范围内对基体厚度为4 mm的FTO玻璃样品进行了热处理。采用X射线衍射仪(XRD)、显微拉曼光谱仪﹑场发射扫描电镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)对薄膜的结构、形貌进行了研究;采用紫外-可见分光光度计(UV-vis spectrophotometer)、傅立叶红外/拉曼光谱仪、综合物理性能测试系统(PPMS)、X射线衍射仪对薄膜的光电性能和微观应力进行了分析。 结果表明:薄膜的主要成分为SnO_2,其晶体结构为金红石结构。随着热处理温度的升高,晶粒尺寸不断增大,其中,(211)面表现出最优取向,平均晶粒尺寸为24.60 nm;薄膜的表面均匀平整,晶粒排列紧密,结晶度逐渐完善。经400℃热处理后,薄膜的表面粗糙度达到最小值13.71 nm;薄膜的电阻率、方块电阻和霍尔系数逐渐增大,分别由2.344×10~(-4)·cm,9.377 /□,2.679×10~2 m~3 / C增大到21.671×10~(-4)·cm,86.683 /□,8.751×10~2 m~3 / C。同时,载流子浓度由2.333×10~(16) cm~(-3)降低到0.714×1016cm~(-3)。 在可见光范围内,薄膜的透射比曲线呈抛物线趋势,在500-600 nm波段处,经400℃热处理后的样品的透射比T达到最大值87 %,随着热处理温度继续升高,透射比T不断减小,到700℃时减小到68 %;薄膜的反射率曲线呈振荡波趋势,随着热处理温度的升高,反射率R向长波方向移动,在600℃时达到最大值16 %。在中远红外波段,红外反射率总体上在不断减小。 薄膜中存在残余压应力,随着热处理温度的升高,压应力值呈现先减小后增大的趋势。