【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及靶材，尤其是涉及一种氧化锡基靶材及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锡掺杂氧化铟(ito)因其在可见光范围具有高透光率，同时具有非常低的电阻(通常1～2×10-4ω·cm)，被视作为最有效的透明导电氧化物(transparent conductiveoxide，tco)薄膜制造材料。然而，由于铟的自然储量非常低，全球供应有限，对资源控制的竞争也比较激烈，因此铟的供应有限，成本也较高。尤其是欧盟完全依赖铟的进口供应，这意味着欧盟内部的tco制造以及其他依赖铟的低碳技术都面临着严重的铟供应风险。而锡的自然储量丰富，价格相对便宜，因此常被开发用于替代ito材料，氧化锡(sno2)的光学带隙约为3.5～4.0ev，当存在锡间隙或氧空位时显示出简并的n型半导体特性，因其具有良好的化学稳定性、较高的可见光透过性和相对较低的电阻率，广泛应用于太阳能电池、气体传感器等光电器件领域。
2、sno2是一种n型半导体，其导电性主要依赖于价带和导带之间的电子转移。在纯净的sno2中，其带隙宽度较大，这意味着电子需要较大的能量才能从价带跃迁到导带，因此其固有的电子浓度较低。此外，sno2的四方晶格结构也影响了其电导率，其晶格中的氧空位和锡间隙会形成陷阱，捕获自由电子，进一步降低了电子的迁移性，从而导致电导率降低。并且，传统的无压烧结很难在没有添加剂的情况下使纯sno2陶瓷致密化，这与纯sno2陶瓷的烧结机理(低温下表面扩散和高温下蒸发-冷凝)有关，其烧结体呈现多孔、疏松且低强度的结构，当使用纯sno2作为电子传输层时，会出现大量
3、上述分析表明，sno2靶材存在较大的改进空间，中国专利cn116813329a通过改性ta2o5的掺杂，优化了sno2靶材致密度及电阻率，但是仍存在一定的提升空间；中国专利cn114560692a公开了一种通过热压烧结法制备氧化锌掺杂氧化锡靶材的方式，制备的靶材致密度较高，然而单纯掺杂氧化锌的体系靶材的电阻率仍较高，无法使用dc直流电源进行溅射镀膜。因此，亟需开发一种新型sno2基靶材及其制备，使其能适用于dc直流电源磁控溅射镀膜，帮助sno2基薄膜逐步实现产业化。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提供一种氧化锡基靶材，本专利技术的氧化锡基靶材具有高致密度和低电阻的优势，适用于dc直流电源磁控溅射镀膜，还可以应用于光伏异质结电池以及钙钛矿电池，具有良好的光透过率，较低的电阻率，提高电池转换效率，并且相较于ito靶材具有更低的成本。
2、本专利技术还提供一种上述氧化锡基靶材的制备方法。
3、本专利技术还提出上述氧化锡基靶材的应用。
4、本专利技术的第一方面，提供一种氧化锡基靶材，制备原料按质量份数计包括：氧化锡91～95份、氧化钽1.5～3.5份、氧化锌1.5～3.5份、氧化钨0.5～2份、氧化钆0.3～1.5。
5、根据本专利技术的具体实施方式，本专利技术提供的氧化锡基靶材，至少具有如下有益效果：本专利技术的氧化锡基靶材具有高致密度和极低的电阻率，使其能适用于dc直流电源磁控溅射镀膜；此外，本专利技术的氧化锡基靶材还因为具有良好的光透过率、低电阻率的优势，能提高电池转换效率，可以应用于光伏异质结电池以及钙钛矿电池。
6、氧化锡基靶材相较于ito靶材具有自然资源丰富、成本更低的优势，本专利技术通过在以氧化锡为基体的靶材中合理掺杂一定量的氧化钽、氧化锌、氧化钨和氧化钆，实现制备的氧化锡基靶材具备高致密度的同时还具有极低的电阻。
7、氧化钽的掺杂由于ta元素的半径为0.064nm，相比起sn元素的半径更小，因此ta元素可以替代sn元素的位置，形成sn(1-x)taxo2的固溶体，又由于ta元素的价态为5+，比sn元素的价态4+更高，因此，ta元素的替代会引入sno2中的电子空穴，增加载流子浓度，从而提高sno2的导电性能；此外，ta元素的替代也会影响sno2的晶体结构，使其晶格常数发生变化，随着ta元素的掺杂量增加，ta元素的替代会使sno2的晶体结构变得更加紧密和稳定；ta元素的替代还会影响sno2的烧结行为和致密度，随着ta元素的掺杂量增加，sno2的烧结温度会降低，烧结后的致密度也会提高，这是因为ta元素的替代会促进sno2的晶粒生长和晶界扩散，从而加快烧结过程，减少孔隙率。
8、氧化锌掺杂由于zn2+半径0.074nm大于sn4+半径0.071nm，当zn取代sn时，会使其临近的氧原子脱离，形成氧空位，促进了sno2晶格的发育，并产生大量的电子，大大增加了导电性；同时，在一定的掺杂范围内，zno与sno2在高温下反应生成zn2sno4，填补了颗粒间的空隙，大大加强了靶材的烧结致密化，实现了对氧化锡基靶材助烧，促进烧结致密化。本专利技术还发现zno掺杂量过多反而会使得靶材烧结开裂、分层脱落，提供了合适的掺杂量。
9、氧化钨掺杂由于w元素是氧化锡基透明导电材料中重要的阳离子掺杂剂，通过w6+取代sn4+，可以增强氧化锡的电子和光学性能；此外，w6+在常见的掺杂元素中具有最高的价态，可以产生更多的自由电子；同时，w元素的掺杂也有助于产生更多的载流子，并保持氧化锡的结构能力。
10、氧化钆掺杂的gd离子的4f电子会与sno2形成杂化轨道，从而增加载流子浓度，使更多的电子能够跃迁到导带；同时掺杂后sno2的能带结构比纯sno2更匹配太阳能电池的钙钛矿层，这可能导致电子传输层与钙钛矿界面的电荷转移更高，界面的复合更少；此外，作为稀土元素，gd还具有强烈的光吸收性，会改变sno2的光学性质，影响其在光电器件中的应用；虽然gd掺杂可以提高sno2的电导率，但本专利技术发现，高的氧化钆掺杂浓度可能会导致晶格畸变，影响sno2的稳定性和其他物理性质，为此，本专利技术提供了氧化钆的合适掺杂量。
11、在本专利技术的一些实施方式中，所述制备原料按质量份数计包括：氧化锡91.5～94.5份、氧化钽2～3份、氧化锌2～3份、氧化钨1～1.5份、氧化钆0.5～1份。
12、在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述制备原料按质量份数计包括：氧化锡91.5～93份、氧化钽2.5～3份、氧化锌2.5～3份、氧化钨1～1.5份、氧化钆0.5～1份。
13、在本专利技术的一些实施方式中，所述制备原料还包括粘结剂、增塑剂。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氧化锡基靶材，其特征在于，制备原料按质量份数计包括：氧化锡91～95份、氧化钽1.5～3.5份、氧化锌1.5～3.5份、氧化钨0.5～2份、氧化钆0.3～1.5。
2.根据权利要求1所述的氧化锡基靶材，其特征在于，所述制备原料还包括粘结剂、增塑剂；
3.根据权利要求2所述的氧化锡基靶材，其特征在于，制备原料按质量份数计包括：氧化锡91.5～94.5份、氧化钽2～3份、氧化锌2～3份、氧化钨1～1.5份、氧化钆0.5～1份、粘结剂0.5～2份、增塑剂0.5～1.5。
4.根据权利要求3所述的氧化锡基靶材，其特征在于，所述氧化锡基靶材的密度≥6.5g/m3。
5.根据权利要求3所述的氧化锡基靶材，其特征在于，所述氧化锡基靶材的电阻率≤1×10-2Ω·cm。
6.一种如权利要求1～5任一项所述的氧化锡基靶材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S2所述静压成型的压力为100～200MPa。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S3
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S3所述热压烧结包括以下步骤：
10.如权利要求1～5任一项所述的氧化锡基靶材在镀膜、电池、晶体管、显示面板中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种氧化锡基靶材，其特征在于，制备原料按质量份数计包括：氧化锡91～95份、氧化钽1.5～3.5份、氧化锌1.5～3.5份、氧化钨0.5～2份、氧化钆0.3～1.5。
2.根据权利要求1所述的氧化锡基靶材，其特征在于，所述制备原料还包括粘结剂、增塑剂；
3.根据权利要求2所述的氧化锡基靶材，其特征在于，制备原料按质量份数计包括：氧化锡91.5～94.5份、氧化钽2～3份、氧化锌2～3份、氧化钨1～1.5份、氧化钆0.5～1份、粘结剂0.5～2份、增塑剂0.5～1.5。
4.根据权利要求3所述的氧化锡基靶材，其特征在于，所述氧化锡基靶材的密度≥6.5g/m3。
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【专利技术属性】
技术研发人员：高钰航，陈露，葛春桥，
申请(专利权)人：中山智隆新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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