ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРОВАНИЯ SB НА КРИСТАЛЛИЧЕСКУЮ СТРУКТУРУ И МОДЕЛЬ ЗАМЕЩЕНИЯ Sn4⁺ → Sb5⁺ С ОБРАЗОВАНИЕМ ДЕФЕКТОВ КИСЛОРОДА

Актуальность и цели. Прозрачные проводящие оксиды (ППО) являются ключевыми функциональными материалами для современных оптоэлектронных устройств, включая сенсорные экраны, солнечные элементы и светодиоды. Диоксид олова, легированный сурьмой (SnO₂:Sb), представляет особый интерес как альтернатива более дорогостоящему оксиду индия-олова (ITO) благодаря высокой термической и химической стабильности, а также доступности исходных компонентов. Однако механизмы встраивания атомов Sb в кристаллическую решетку SnO₂ и их влияние на электрические и оптические свойства изучены недостаточно. Цель данного исследования – теоретическое и экспериментальное изучение процессов замещения атомов олова атомами сурьмы в различных степенях окисления (Sb³⁺ и Sb⁵⁺) и определение оптимальных условий синтеза для получения ППО с улучшенными характеристиками. Материалы и методы. Тонкие пленки SnO₂:Sb были получены методом спрей-пиролиза из растворов прекурсоров SnCl₄·5H₂O и SbCl₃ в смеси этанола и деионизированной воды при температуре подложки 450 °C. Концентрация сурьмы варьировалась от 0 до 10 ат. %. Для улучшения кристалличности и активации примеси образцы подвергались термическому отжигу при 600 °C в течение 1 ч. Структурные, электрические и оптические свойства полученных пленок исследовались комплексом современных методов, включая измерение поверхностного сопротивления, подвижности и концентрации носителей заряда, коэффициентов пропускания, преломления и поглощения. Результаты. Установлено, что при оптимальной концентрации сурьмы (3–5 ат. %) и правильно подобранных условиях синтеза преимущественно происходит замещение Sn⁴⁺ на Sb⁵⁺, что приводит к донорному легированию и значительному улучшению электропроводности при сохранении высокой прозрачности в видимом диапазоне (80–90 %). Выявлено, что при концентрациях Sb выше 5 ат. % возможно образование компенсирующих дефектов и сегрегация фаз, приводящие к ухудшению электрических характеристик. Термический отжиг способствует улучшению кристалличности, снижению концентрации дефектов и активации примеси Sb, что проявляется в снижении удельного сопротивления с 10⁻²–10⁻³ Ом·см до 10⁻³–10⁻⁴ Ом·см. Выводы. Исследование позволило установить фундаментальные закономерности встраивания атомов сурьмы в кристаллическую решетку SnO₂ и оптимизировать параметры синтеза методом спрей-пиролиза для получения высококачественных ППО на основе SnO₂:Sb. Разработанный материал демонстрирует сочетание высокой прозрачности, хорошей электропроводности и термической стабильности, что указывает на его перспективность для применения в различных оптоэлектронных устройствах, включая солнечные элементы и сенсорные экраны. Использование доступных и экологически безопасных материалов способствует устойчивому развитию технологии и снижению зависимости производства от редких и дорогостоящих элементов.