氧化錫銻(ATO)陶瓷靶材的放電等離子燒結(jié)與導電性能研究.pdf

1、氧化錫銻(ATO)是近年來發(fā)展起來的一種新型透明導電氧化物材料，其資源豐富、價格便宜、無毒無污染，而且具有禁帶寬度大(＞3.6eV)、導電性好、可見光透過率高、抗輻射、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)異性能，將在太陽能電池、顯示器和其它光電材料等領(lǐng)域具有應用前景。而為了實現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化應用，可選用工業(yè)上應用較廣的濺射鍍膜技術(shù)。而高質(zhì)量的濺射靶材是濺射鍍膜中最主要的原材料，因此必須制備出高品質(zhì)的ATO陶瓷靶材，要求其致密度高、導電性好且雜質(zhì)含量低。但由于SnO

2、2在高溫下(＞1100℃)易揮發(fā)和產(chǎn)生氣孔缺陷，導致ATO陶瓷靶材難以致密化。添加燒結(jié)助劑雖能改善其致密度，但會惡化導電性能。此外，Sb存在變價(Sb5+和Sb3+)導致電性能不穩(wěn)定，難以控制。因此，本文提出了制備物相單一、致密度高、導電性優(yōu)良的ATO陶瓷靶材的研究目標。
　　 首先，針對ATO陶瓷靶材難燒結(jié)、致密度低的技術(shù)難點，本論文采用了以純SnO2納米粉體和Sb摻雜含量為20at.％的ATO(ATO-20)納米粉體為原料，

3、并與放電等離子燒結(jié)技術(shù)(SPS)相結(jié)合的方法，提高原料燒結(jié)活性，降低燒結(jié)溫度，抑制SnO2揮發(fā)，從而促進燒結(jié)致密化。研究了SPS工藝參數(shù)（如燒結(jié)溫度、升溫速率、燒結(jié)壓力和保溫時間）和Sb摻雜含量對ATO陶瓷靶材的物相組成、致密度和微觀結(jié)構(gòu)的影響。因此，確定了SPS最佳燒結(jié)工藝:燒結(jié)溫度為1000℃，升溫速率為100℃/分鐘，燒結(jié)壓力為40MPa，保溫時間為3分鐘。在此工藝條件下得到的不同Sb摻雜含量的ATO陶瓷靶材的致密度均大于94.5

4、％。其中，當Sb摻雜含量為20at.％時，ATO陶瓷靶材的致密度最高可達97.2％。
　　 其次，對經(jīng)過SPS燒結(jié)后的ATO陶瓷靶材進行了后期退火處理，研究了退火溫度和退火時間對ATO陶瓷靶材的物相組成、致密度和微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，退火處理對ATO陶瓷靶材的物相組成和致密度的影響較小。
　　 最后，通過對SPS燒結(jié)后的不同Sb摻雜含量的ATO陶瓷靶材進行電學性能測試后發(fā)現(xiàn)，其電阻率均大于1×10-2Ω·cm。為了進

5、一步降低ATO陶瓷靶材的電阻率，本論文引入了在空氣中進行后期退火處理的工藝，從而彌補因SPS真空燒結(jié)時產(chǎn)生的氧空位，并促進更多的Sb3+氧化為Sb5+，最終達到組分均勻、結(jié)構(gòu)純化的目標。研究了Sb5+/Sb3+比例、致密度、Sb摻雜含量和微觀結(jié)構(gòu)對退火前后ATO陶瓷靶材的電阻率、載流子濃度和遷移率的影響，并初步探討了其導電機理。結(jié)果表明:退火處理可顯著提高ATO陶瓷靶材中的載流子遷移率，從而導致ATO陶瓷靶材的電阻率顯著降低。其中，當S