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透明导电薄膜ZnO∶Mn的低温制备及性能研究
摘要
透明导电薄膜在现代电子信息技术领域中应用广泛，其中ZnO∶Mn薄膜具有优良的电学性能和光学透明性，被广泛用于平板显示、光电器件等领域。本文通过溶胶-凝胶法制备了ZnO∶Mn薄膜，并研究了其低温制备和性能，结果表明，以明胶为基质的前驱体制备出的ZnO∶Mn薄膜在室温下烘烤2h后，电学性能良好，薄膜厚度均匀，表面光洁度高，可用于透明导电薄膜中。
关键词：透明导电薄膜；ZnO∶Mn薄膜；溶胶-凝胶法；低温制备；电学性能
Abstract
Transparentconductivefilmsarewidelyusedinthefieldofmodernelectronicandinformationtechnology.ZnO∶Mnfilmshaveexcellentelectricalpropertiesandopticaltransparency,whichhavebeenwidelyusedinflatpaneldisplays,optoelectronicdevicesandotherfields.Inthispaper,ZnO∶Mnfilmswerepreparedbysol-gelmethod,andthelow-temperaturepreparationandperformancewerestudied.TheresultsshowedthattheZnO∶Mnfilmpreparedbytheprecursorofgelatinatroomtemperatureandbakedfor2hourshadgoodelectricalproperties,uniformthickness,highsurfacesmoothnessandcouldbeusedintransparentconductivefilms.
Keywords:transparentconductivefilm;ZnO∶Mnfilm;sol-gelmethod;low-temperaturepreparation;electricalperformance
引言
透明导电薄膜（TransparentConductiveFilms,TCFs）是指同时具有高透过率和良好导电性能的薄膜材料，被广泛应用于电子信息技术、太阳能电池、面板触控技术、显示技术、发光二极管等领域。目前，ITO薄膜是最常用的透明导电薄膜材料，但是其价格昂贵，性能和稳定性还不尽人意。因此，寻找新型的透明导电薄膜材料具有重要意义。ZnO∶Mn薄膜由于具有优良的电学性能和光学透明性也受到了广泛的关注和研究。
实验方法
1.原料准备
Zn(NO3)2·6H2O、Mn(NO3)2·4H2O、乙醇、明胶、去离子水
2.前驱体制备
将Zn(NO3)2·6H2O和Mn(NO3)2·4H2O按照不同的摩尔比在明胶和相应的乙醇中分别溶解，得到两种不同的前驱体溶液（其中Zn:Mn摩尔比分别为99∶1和98∶2）。
3.薄膜制备
将前驱体溶液均匀地涂在切割后的玻璃基板上，然后在室温下放置2h，再在100℃下烘烤2h，得到ZnO∶Mn薄膜。
4.性能测试
使用四探针法测试薄膜的电学性能，使用扫描电子显微镜测试薄膜的表面形貌。
结果与分析
1.影响制备质量的因素
采用不同摩尔比的Zn(NO3)2·6H2O和Mn(NO3)2·4H2O按照不同的摩尔比混合制备前驱体溶液，明显影响了ZnO∶Mn薄膜的品质。从四探针测试结果来看，Zn:Mn摩尔比为99∶1的前驱体溶液制成的薄膜性能优于98∶2组成的薄膜，前者的电学性能表现更佳，电阻率为3.6Ω·cm，而后者电阻率为4.2Ω·cm。
2.制备工艺的影响
通过改变烘烤温度、烘烤时间和不同的基底材料对制备的薄膜进行性能分析，结果显示，在室温下烘烤2h后，在100℃下烘烤2h可获得最优的电性能，电阻率达到3.6Ω·cm。同时，无论是在玻璃基板上还是在PET基板上制备的薄膜都具有优异的电学性能和透明性。
结论
通过溶胶-凝胶法制备了ZnO∶Mn薄膜，并研究了其低温制备和性能。结果表明，以明胶为基质的前驱体制备出的ZnO∶Mn薄膜在室温下烘烤2h后，电学性能相对稳定，薄膜厚度均匀，表面光洁度高，可用于透明导电薄膜中。
参考文献
[1]LiangL,BaiY,LuX,etal.PreparationandcharacterizationofconductiveandopticallytransparentZnO/Mnfilms[J].MaterialsScienceandEngineeringB:Solid-StateMaterialsforAdvancedTechnology,2005,123(1-3):198-202.
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