锑掺杂二氧化锡薄膜的导电机理及其理论电导率

时间：2025-04-28

锑掺杂二氧化锡薄膜的导电机理及其理论电导率

Na o t r I& S r c u e n ma e i a tu t r

锑掺杂二氧化锡薄膜的导电机理及其理论电导率杨建广，唐谟堂，唐朝波，杨声海，张保平(中南大学冶金科学与工程学院，湖南长沙 408 ) 103摘要：归纳总结了锑掺杂二氧化锡 ( T A O)的导电机理。晶格的氧缺位、5 s价 b杂质在 s O2 n禁带形成施主能级并向导带提供 n型载流子是 A O导电的两种主要机理。从材料的电导率公式出发 . T 定性分析了二氧化锡中掺杂锑的含量存在理论最佳值，根据已有模型计算证明了锑掺杂二氧化锡电导率存在理论上限。掺杂二氧化锡中锑的最佳理论含量为 1 9 ( .%质量百分数 ) 4,锑掺杂二氧化锡理论电导率最高为 0 1x 0 Q ~ . 7 1 ( c,氧空位对 A O电导率的贡献为 0 56 l4 Q ~ 2 m) T . 0x0 ( c。 1 m)关键词：锑掺杂二氧化锡；电导率；导电机理

中图分类号：0 8.文献标识码：A文章编号：17.76 (04 40 1— 44 4 6 1 7 20 )0— 80 4 0 4

Co d ci g me h ns a d t e r o d ciiy o n u t c a im n h o y c n u t t f n va t o y d p d tn o i e n i n o e i xd mYA G J ng a g A G Mot g A G C a—o A h n—a,Z N a—ig N i—un,T N — n,T N h ob,Y NG S egh i HA G B opn a a(colfM tl g a Si c n eho g,Cn a SuhU i rt,C agh 103 h a Sho o e lri l c nead Tcnl ) etl ot n e i au c e o r v s) hnsa408,C i ) n

Ab ta t T e o d cig sr c: h c n u t me h ns n c a im o a t n d p d i o i e s u d p Ox g n a f n i y o e t mo n xd i s me u . y e v—c nc s n d p ns S“ . s p l n tp c ag c ris o h c n u t i i o n ae t a ie a d o a t . b u py— e h re ar t te o d ci l t f S 02 r wo y e b iy

c n u tn c a ims sn h o mua o h tra’ o d cii t

,t i a e lo po e o d ci g me h ns,U ig t e fr l f t e mae il c n u t l y h s p r as rv s S b i p t a h r e it h p i m o tn f te S i O.B sd o h xs e t mo e hs p p r h t tee xss t e o t mu c ne t o h b n AT a e n te e ii n d,ti a e tl o rv s h r i c n u t l y p e l o A as p o e tee s o d ciit u p r i t f TO, te pi m d p n, S, i A i b i mi h o t mu oat b n TO s

1 9 ( u i ecn) h ho a od c b i fA O i 0 1 x& ( c￣% qa t pret,te t r m x cn ut it o T s . 7 l Q。 4 ly ey i ly 2 m)~ h,T e cn iu o f h xgn vnc st A O cn ut it i= . 0 x& ( c otbt no eoye aci T od c b i s 01 6 l Q r i t e o i ly 5 m)- 1 .Ke r s a t n o e i xd; c n u t it; c n u t g me h ns y wo d: ni y d p d t o ie o d ci l y o d ci c a im mo n bi n

引言纯 SO理论上属典型绝缘体，但由于存在晶 n格氧缺位，在禁带内形成 E= 01 V的施主能 d一 . e 5

F元素掺杂均能形成浅施主能级，掺杂>. ( 1%质 O

量百分数)时，电阻率可达 1 1 Q m,所以 0￣0 c掺杂 SO属透明、导电 n型半导体材料，导电性 n质介于传统半导体 ( s、G、G A )和金属之如 i e aS间。

级，向导带提供 1 1 C浓度的电子， 0￣0 B SO具有 n型半导体性质。5 n价元素如 s、A b s收稿日期：20— 02 03 1—0

掺杂的 SO又称为透明导电氧化物 ( C ) n TO,

基金项目：国家重点自然科学基金项目 (0 300 524 1)

微纳电子技术 2 0 0 4年第 4期

锑掺杂二氧化锡薄膜的导电机理及其理论电导率

Na o t r I S r cu e n ma e i& tu t r a

常见的 T O有铟锡氧化物 ( O、掺氟或掺锑氧 C I ) T化锡 (r F O、A O、掺铝或掺镓氧化锌 ( Z

T ) A O、 GO Z )等。掺锑氧化锡 ( T )由于其低电阻率和 AO在可见光范围的高透光率而具有广阔的应用前景。与工业用 IO相比，A O粉和 A O薄膜具有热稳 T T T定性高和机械性能强等特点。 A O为一种具有优异导电性能的金属氧化物 T复合粉，可作透明导电膜材料，其制备和应用研究目前在国内外都相当广泛，国外所用的抗静电膜主要是在涂层材料中加入 A O粉。A O超细导 T T电粉可以广泛应用于抗静电塑料、纤维、涂料、

姆1

的氧空位

0一V'2÷ 0。 e+ 2 o+

() 1

Vcn等人从热力学函数计算得知，在合适的 i t e含氧气氛中加热掺杂 S的 S O所得到的半导体是 b n价控半导体。S O中的 S2, n b在加热过程中氧化成 0S1 b,而它可看成由 S S 0 b b0组成，即 S 0 b不可能全部氧化成 S b。

国内薄占满最早研究锑掺杂二氧化锡半导体的导电机理。他 _在研究了较高温度下锑掺杂二 4

氧化锡的导电机理后认为，SO中掺杂 S n b,在 0半密封及 60c以上条件下 S 化为 S2 5 c b转 0 b O (b S s,它能固熔到 S O中，使它半导化。 S b ) 0 n

显示器用“防”涂层材料、红外吸收隔热材料、三

气敏元件、太阳能电极材料等，极具发展潜力。

2导申机理 .为使金属氧化物具有导电性，必须使费米半球的重心偏离动量空间原点，使被电子占据的能

温度在 60 10时 Sz S 5 - 0C b0 b中的 s SO 1 o 0 b使 n的半导化程度提高，而在 10 20℃时使 SO半导化 n的是 S b和双电离的氧空位 V。 hk. h 。Sor E K等人

认为，A O粉体的载流子主要为替代 S' T nj U￣人晶格的 S¨化为 S b转 b时所产生的自由电子，因而在