Herstellung und Untersuchung von Sb:SnO2-Schichten nach dem Sol-Gel Verfahren

Abstract

Transparente elektrisch leitfähige Sb-dotierte SnO2-Einzel- und Mehrfachschichten wurden über das Sol-Gel-Tauchverfahren hergestellt. Die Schichten wurden auf Borosilikat- und Kieselglassubstraten bei Temperaturen bis zu 1100°C aufgebracht. Als Precursoren wurden SnCl2(OAc)2 (Dichlorzinndiacetat), SnCl2 und (SnOBut)4 verwendet. Es wurden die Einflussfaktoren auf die morphologischen und elektrischen Eigenschaften der Schichten untersucht. Die strukturelle Analyse der Einzelschichten ergab einen porösen Aufbau der Schichten aus Kristalliten, deren Größe mit zunehmender Dotierung abnahm, während eine Erhöhung der Sintertemperatur und der Heizrate eine Vergrößerung der Kristallite nach sich zog. Die Schichten sind in der Regel aus einer verdichteten Oberflächenschicht und einem porösen Bulkmaterial aufgebaut. Das Minimum des spezifischen Widerstandes wurde in einem Bereich zwischen 4 und 6 mol% Dotierungskonzentration beobachtet, wobei die höchste Ladungsträgerbeweglichkeit bereits bei etwa 1 mol% erreicht wird. Der niedrigste Flächenwiderstand wurde bei einer Sintertemperatur von ca. 800°C und hoher Heizrate erreicht. In Mehrfachschichten wurde bei Einzelschichtdicken größer als 10 nm entsprechend eine alternierende Schichtstruktur aus verdichteten Oberflächenschichten und poröser Bulkschicht erhalten, während bei Einzelschichtdicken um 2,5 nm eine Säulenstruktur beobachtet wurde. Abnehmende Einzelschichtdicken und höhere Sintertemperaturen bedingen dabei größere Kristallite. Auf der Basis dieser Ergebnisse wurde ein Modell entwickelt, das erlaubt, die elektrischen Eigenschaften der verdichteten Oberflächenschicht und der porösen Schichtstruktur zu berechnen. Die elektrischen Eigenschaften der Mehrfachschichten werden von der Dicke der Einzel¬schichten, der Sintertemperatur, dem Dotiergrad, dem Sinterprozess und den Precursoren beeinflusst. Der niedrigste spezifische Widerstand wurde unabhängig von der Gesamtschichtdicke bei einer Einzelschichtdicke von 5 nm gefunden. Die optimale Dotierungskonzentration liegt im Falle der Mehrfachschichten bei 2 — 4 mol% SbCl3 bei einer optimalen Sintertemperatur von 800°C. Die mittlere Transmission der Einzel- und Mehrfachschichten im sichtbaren Bereich liegt bei Gesamtschichtdicken um 100 nm bei 80% und nimmt auf etwa 70% bei Schichtdicken um 300 - 500 nm ab.