Hsiuping University of Science and Technology Institutional Repository : Item 310993100/1710

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Title:	酸性溶膠法製備氧化鋅薄膜與特性分析之研究
Authors:	黃鵲容;薛富盛
Contributors:	修平技術學院化學工程與生物科技系
Keywords:	氧化鋅;光學性質;導電性質;酸性溶膠;旋轉塗佈;浸漬塗佈
Date:	2008-07-01
Issue Date:	2009-10-28T03:39:35Z
Abstract:	透明導電氧化物(TCO)薄膜具有高導電度和高的可見光穿透率，可廣泛的作為光電元件材料，近年來在TCO的合成與特性分析方面引起了很多研究學者和單位的研發興趣。目前較常用的TCO薄膜，有銻錫氧化物(ATO，SnO2:Sb)和銦錫氧化物(ITO，In2O3:Sn)薄膜等。最近經由研究發現，氧化鋅 (ZnO)除了具有高透光度及導電性之外，亦具有低毒性和品質穩定的優點，故成為有潛力代替ATO或ITO薄膜的熱門材料之一。氧化鋅薄膜為一種金屬氧化物半導體膜，其光學能隙寬度約為3.3 ev，大於可見光的能量，使得ZnO膜在可見光區具有高透光度。而其導電度的提昇可經由熱處理或?雜異類原子等程序來達到，而元素週期表IIIA族的硼、鋁、鎵、銦等元素，則是典型的?雜物。目前製備金屬氧化物薄膜的方法有很多，例如脈衝雷射蒸鍍法(PLD)、化學氣相沉積法(CVD)、離子濺鍍或真空蒸鍍法，以及濕式化學技術等。其中濕式化學技術的設備簡單，並且薄膜的化學組成可容易的由反應前驅溶液的調配來達成，故比其他的製程方法有操作簡易、設備成本低的優點。濕式化學技術中的溶膠-凝膠法(sol-gel)，是一種常被用來製備TCO薄膜的重要方法。溶膠-凝膠法主要是利用金屬烷氧化物或金屬鹽類作為反應前驅物，然後經由反應前驅物的水解和縮聚反應來獲得溶膠凝膠溶液。再者，這些溶膠溶液的黏度大小，可經由前驅物、溶劑、或其他添加劑等因素的控制來調整，很適合於不需高溫及真空裝置的濕式成膜技術(例如旋轉、提拉和浸漬塗佈等方法)的製程操作而得到薄膜。文獻報告上的溶膠凝膠法大部份是在?性條件下操作，一般常利用氨或無機氫氧化合物的添加，促進溶液中反應前驅?的水解和縮合反應。文獻上利用酸環境製備溶膠凝膠溶液的研究較為缺乏，有鑑於此，本計畫提供在酸性條件下製備氧化鋅薄膜的另一途徑，用以進一步瞭解酸性環境對製備金屬氧化物薄膜的影響與作用。本計畫設計的酸性溶膠成膜程序可以有效減少傳統溶膠凝膠溶液常發生的凝集和沉澱的現象，預期可達成製備高透明度和高導電度氧化鋅薄膜的目的。此外，本計畫將對鋅金屬?類(ZnCl2和 Zn(CH3COO)2．2H2O)、醇類(CH3OH、C2H5OH和C3H7OH)、酸類(HCOOH和CH3COOH)、高分子增黏劑(PVA和 PVAc)，以及?雜劑(Al、Ag和Sn)等因素對薄膜特性的影響做一系列完整的研究。根據初步研究的結果顯示，本計畫所提出之新方法可以便利的生產透明度高達90%以上的高品質氧化鋅薄膜。本計畫為三年期的研究計畫，第一年進行酸性溶膠法合成單純ZnO薄膜的研究，探討包括反應物種類和濃度，成膜方法 (浸漬塗佈和旋轉塗佈法)，以及熱處理條件等因素對ZnO薄膜特性的影響；第二年以混合?雜法進一步合成?雜的ZnO:Al、ZnO:Sn與ZnO:Ag 等薄膜，並進行其微結構、化學組成以及光、電性質等分析，以便在以酸溶膠溶液製備ZnO薄膜方面完成深入且完整的研究；第三年開發新穎的?雜技術，利用酸溶膠技術為基礎以及配合新創的浸漬螯合?雜法，製備具高透明和高導電的ZnO薄膜，並且將此 ZnO薄膜應用於電阻加熱器之透明加熱元件或太陽能電池之電極，研究及評估ZnO薄膜應用於這些元件的物性表現。本計畫的研究重點如下：1. 利用酸性溶膠原理以及旋轉塗佈法和浸漬塗佈法等合成氧化鋅薄膜，研究鋅鹽類的種類和濃度、添加劑(PVA、PVAc、HCOOH、CH3COOH、 CH3OH、C2H5OH和C3H7OH等)的濃度，以及熱處理的條件等參數對ZnO薄膜品質的影響，尋找最佳之成膜參數和條件。2. 以酸性溶膠成膜製程為基礎，配合混合?雜法合成?雜Al、Sn和Ag的氧化鋅薄膜，並進行ZnO：Al、ZnO:Sn和ZnO：Ag等薄膜的特性分析，包括微結構、化學組成以及光、電性質等分析。3. 發展新的浸漬螯合?雜技術，用以合成?雜鋁、錫和銀的高品質ZnO薄膜，並進行其特性分析。4. 探討氧化鋅薄膜的特性與各製程參數相互之間的關係，評估以酸性溶膠法合成的氧化鋅薄膜應用於透明加熱元件等領域的可行性。;計畫編號:NSC96-2221-E164-003;研究期間:200708~200807
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