[發明專利]在玻璃基板上生長微納結構氧化錫摻氟薄膜的方法

有效

• 申請號: 201210075384.4
• 申請日: 2012-03-21
• 公開（公告）號: CN102603207A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 韓高榮;高倩;汪建勛;李銘;宋晨路;劉涌;沈鴿
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C03C17/245
• 分類號: C03C17/245
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及在玻璃基板上生長微納結構氧化錫摻氟薄膜的方法。

背景技術

隨著全世界的科技和經濟的迅猛發展，對能源的消耗日益大幅增加，使得能源危機問題日益突出，節能作為一項國家戰略問題已引起世界各國的廣泛關注。而建筑技術的發展使得玻璃在建筑中所占的比例越來越大，甚至有些高層建筑采用了全玻璃外墻的結構，以期獲得美觀典雅的現代建筑審美效果。普通無色玻璃是一種良好的建筑材料，用它做窗戶，既美觀又實用，能夠透過90％左右的太陽輻射，但是在它透過可見光的同時，也透過了近紅外線和中遠紅外線部分，這種無選擇的透射特性使得普通玻璃成為建筑物能耗的主要來源。

為了減少現代建筑業中因為大面積采用玻璃而導致的能源損耗，發展出了一種在普通玻璃表面鍍上一層功能材料薄膜，使得玻璃可以對太陽輻射中的可見光區和紅外區可以有選擇地進行吸收或反射，經過此種處理后的玻璃稱為低輻射薄膜玻璃，玻璃上的功能材料薄膜則相應稱為低輻射薄膜。常見的在玻璃表面制備薄膜的方法有：磁控濺射法、化學氣相沉積法、溶膠凝膠法、粉末噴涂法和噴霧熱解法等，目前可應用于大規模生產的離線方法有磁控，在線方法有常壓化學氣相沉積（APCVD）、噴霧熱解法等。而APCVD法由于設備簡單，生產效率高，成膜均勻，適合浮法在線生產大規模鍍膜玻璃。

二氧化錫(SnO₂)為n型半導體，屬于四方晶系的金紅石型(rutile)結構，在SnO₂中摻入F、Sb或P等離子施主摻雜，能大幅度提高SnO₂膜的電導率。其中摻F的SnO₂膜以其良好的透光性、耐腐蝕性和耐久性成為比較理想的低輻射膜材料。近年來，對于氧化錫摻雜的研究越來越受到人們的重視，由于其較好的光電性能，多被使用在低輻射鍍膜玻璃、太陽能電池的透明導電膜、氣敏材料等等。但是，由于氧化錫易于結晶，制備出的薄膜中氧化錫的顆粒均較大，達到200-300nm左右，影響了可見光透過率和中遠紅外反射率。

發明內容

本發明的目的是提供一種在玻璃基板上生長具有較高可見光透過率和中遠紅外反射率的微納結構氧化錫摻氟薄膜的方法。

本發明的在玻璃基板上生長微納結構氧化錫摻氟薄膜的方法，包括以下步驟：

1）將經過清洗的玻璃基片放入氣相沉積反應室，常壓下，將反應室加熱至500～650℃；

2）先驅體有機錫源和有機氟源用氮氣作載氣，催化劑H₂O用空氣做載氣，分別在鼓泡器中氣化后通入混氣室，得到混合反應氣；

3）將上述混合反應氣通入鍍膜反應器中輸送到氣相沉積反應室的玻璃基板上，控制鍍膜反應器噴氣口與玻璃表面的距離為2～5毫米，有機氣源中Sn:F質量比例為2:1-3:1，氣體總量4L/min-5L/min，在500-650℃的溫度條件下在玻璃基片表面進行沉積，沉積5-30s后，停止通入氣體，冷卻即可。

本發明中，所說的有機錫源是單丁基三氯化錫（MBTC，C₄H₉SnCl₃）、氯化亞錫（SnCl₂·2H₂O）、四氯化錫（SnCl₄）、氧化二丁錫（DBTO）或三氯乙丁錫。

所說的有機氟源是三氟乙酸（TFA、CF₃COOH）。

本發明通過改變沉積時間、溫度、先驅體Sn:F質量比可以控制微納結構氧化錫摻氟薄膜的厚度、摻雜含量，從而控制薄膜的微納結構及光電性能。

本發明通過控制鍍膜反應器與玻璃基板之間的距離在2～5毫米，使混合氣快速到達高溫玻璃基板表面形核，但控制成核晶體在玻璃基板表面長大的時間5-30s，抑制其過快生長，從而使得薄膜中晶粒尺寸為納米級（3nm-10nm）；同時，由于玻璃基板的高溫作用，晶粒之間團聚形成尺寸在200nm左右的微米級大顆粒，故本發明制得的為微納結構氧化錫摻氟薄膜。

本發明的有益效果在于：