專利名稱：一種p型高透射率(100)-取向的LaNiO₃納米薄膜的制備方法
一種P型高透射率(100)-取向的LaNiO3納米薄膜的制備
方法技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及微電子與光電子材料領(lǐng)域，特別涉及一種P型高透射率(100)-取向的 LaNiO3納米導(dǎo)電薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
透明導(dǎo)電氧化物薄膜具有良好的導(dǎo)電性，對可見光的高透射率，紅外區(qū)高反射率及其它半導(dǎo)體特性，可應(yīng)用于平板顯示器件，太陽能光伏電池，光電傳感器以及光電子，微電子器件等領(lǐng)域。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)的透明導(dǎo)電薄膜主要是In2O3，SnO2和摻Al的ZnO及其組合而成的多元體系，在平板顯示器中得到廣泛的應(yīng)用，但是他們都是η型半導(dǎo)體或?qū)щ婓w， P型透明氧化物薄膜很少。作為P型導(dǎo)體的LaNiO3薄膜通常來講是不透明的，主要是因為厚度超過了 200nm，因此限制了 ρ型導(dǎo)體在光電領(lǐng)域的應(yīng)用，然而ρ型材料為ρ_η結(jié)構(gòu)及其透明半導(dǎo)體器件的發(fā)展提供了可能性。雖然降低厚度可以提高透射率，但是降低厚度會帶來薄膜表面缺陷增多，從而帶來電阻率升高，這個問題在溶膠_凝膠法制備的LaNiO3薄膜中更為突出。LaNiO3M料具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，是鐵電薄膜底電極的首選材料之一，主要是因為 LaNiO3的晶胞參數(shù)(a=0. 382nm)與鐵電薄膜非常接近，使之不僅可作為電極材料，還可作為籽晶層來優(yōu)化鐵電薄膜的結(jié)構(gòu)和性能。然而，不同的工藝得到的LaNiOj^膜的表面粗糙度較大，極化不均勻，電阻率高，對鐵電薄膜的性能也有影響，例如會增加上層PZT鐵電薄膜的漏電流和矯頑場，降低剩余極化值，這些因素均與LaNiO3電極的表面粗糙度和取向度有關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上問題，本發(fā)明提供了一種可以改善LaNiO3電極的表面粗糙度和取向度的 P型高透射率(100)-取向的LaNiO3薄膜的制備方法。本發(fā)明是通過以下措施實現(xiàn)的
一種P型高透射率高(100)-取向的LaNiO3薄膜的制備方法，采用以下步驟
(1)前驅(qū)體溶液的制備采用溶膠凝膠法，按摩爾比1:1稱取硝酸鑭和硝酸鎳作為溶質(zhì)，溶于摩爾比1:1混合的水和乙醇中，加入檸檬酸和聚乙二醇，水乙醇檸檬酸聚乙二醇摩爾比為=200 200 2 :1，配制成前驅(qū)體溶液，溶液濃度為0. 08 0. 20mol/L ；
(2)LaNiOj^膜材料的制備采用層層退火工藝，先用旋轉(zhuǎn)涂膜法將前驅(qū)體溶液沉積在襯底材料上，然后將材料放置在熱板上250°C左右烘干，將干燥的薄膜置于快速退火爐中熱處理，熱處理工藝特征在于在氧氣氣氛下從350°C以10°C /分鐘的速率升溫到450°C， 450°C預(yù)處理lOmin，再以15°C /分鐘的速率升溫到600°C，在氮氣氣氛下退火20分鐘，退火溫度為600°C 650°C，得到LaNiO3薄膜。600°C到650°C之間退火，是指按照不同應(yīng)用的需求，可以選擇600°C，625 °C， 650°C分別退火20分鐘，每個片在一個溫度上保持20分鐘，600°C得到的晶粒尺寸較小， 650°C得到的晶粒尺寸較大。
所制得的LaNiO3薄膜厚度小于50nm，電阻率為1 X 10_4Ω · cm 2 X 10_4Ω · cm,表面粗糙度不大于lnm。襯底材料可以選用石英、玻璃、硅片或者金屬薄片，金屬薄片為Ni片或Cu片。本發(fā)明將很薄的薄膜置于襯底材料之上，通?？蒲泄ぷ髡呤菍⑤^厚的薄膜作為器件的底電極，沒有注意到LaNiO3底電極表面的坑及裂紋等對薄膜電學(xué)性能以及光學(xué)性能的影響。因此，通過對預(yù)處理溫度，退火溫度，薄膜層厚的控制，我們得到了納米級厚度，取向度高，表面粗糙度小，電阻率低，透射率高的(100)-取向LaNiO3納米薄膜電極。本發(fā)明的有益效果是通過控制并采用最合適的預(yù)處理溫度，退火溫度，提高了 LaNiO3薄膜電極的表面均勻性和極化程度，取向度高，表面粗糙度小，電阻率低；并且通過層厚的控制，得到高透射率的P型(100)-取向LaNiO3納米薄膜電極，在未來的光電器件中具有良好的實用前景。


附圖1為實施例1熱處理過程溫度曲線圖； 附圖2為實施例1得到的LaNiO3薄膜原子力圖； 附圖3為實施例1得到的LaNiO3薄膜在可見光下的透射率； 附圖4為在Si襯底上得到的LaNiO3薄膜的XRD譜。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作具體的說明。實施例1
本實施例為一種用于光電器件的高透射率(100)-取向的LaNiO3納米薄膜電極。上述薄膜電極的制備方法為
(1)前驅(qū)體溶液的制備采用溶膠凝膠法，按摩爾比1:1稱取硝酸鑭和硝酸鎳，溶于摩爾比為1 :1的水和乙醇中，再加少量檸檬酸和聚乙二醇，配制成前驅(qū)體溶液，溶液濃度為 0. 08mol/L，其中溶劑的摩爾比為水乙醇檸檬酸聚乙二醇=200 200 2 1 ；
(2)LaNiOj^膜材料的制備采用層層退火工藝，先用旋轉(zhuǎn)涂膜法將前驅(qū)體溶液沉積在石英襯底材料上，然后將材料放置在熱板上烘干，將干燥的薄膜置于快速退火爐中熱處理，熱處理工藝特征在于在氧氣氣氛下從350°C以10°C /分鐘的速率升溫到450°C，450°C 預(yù)處理10分鐘，再以15°C /分鐘的速率升溫到600°C，在氮氣氣氛下退火20分鐘，溫度為 600°C，得到致密薄膜。用掃描電子顯微鏡測得厚度為lOnm，用 原子力顯微鏡測得的表面粗糙度為0. 630nm，用四探針測試儀測得電阻率為2X 10_4Ω · cm，熱處理過程溫度曲線如圖1 所示。圖2為本實施例得到的薄膜的原子力圖，薄膜的粗糙度為0.630nm。圖3為本實施例的透射率圖，可以看出在可見光波長范圍內(nèi)，透射率大于80%。根據(jù)應(yīng)用的不同，可以重復(fù)以上步驟得到目標(biāo)厚度的薄膜。實施例2
本實施例為一種用于光電器件的高透射率(100)-取向的LaNiO3納米薄膜電極。上述薄膜電極的制備方法為
(1)前驅(qū)體溶液的制備采用溶膠凝膠法，按摩爾比1:1稱取硝酸鑭和硝酸鎳，溶于摩爾比為1 :1的水和乙醇中，再加少量檸檬酸和聚乙二醇，配制成前驅(qū)體溶液，溶液濃度為0.20mol/L，其中溶劑的摩爾比為水乙醇檸檬酸聚乙二醇=200 200 2 1 ；
(2) LaNiOj^膜材料的制備采用層層退火工藝，先用旋轉(zhuǎn)涂膜法將前驅(qū)體溶液沉積在硅襯底材料上，然后將材料放置在熱板上烘干，將干燥的薄膜置于快速退火爐中熱處理， 熱處理工藝特征在于在氧氣氣氛下從350°C以10°C /分鐘的速率升溫到450°C，450°C預(yù)處理10°C，再以15°C /分鐘的速率升溫到600°C，在氮氣氣氛下退火20分鐘，退火溫度為 650°C，得到致密薄膜。用掃描電子顯微鏡測得厚度為25nm，用原子力顯微鏡測得粗糙度為
1.OOOnm，用四探針測試儀測得電阻率為IX 10_4Ω · cm。附圖4為在Si襯底上得到的LaNiO3薄膜的XRD譜圖，從圖中可以看出所得到的納米薄膜取向度很高。根據(jù)應(yīng)用的不同，可以重復(fù)以上步驟得到目標(biāo)厚度的薄膜。實驗例3
本實施例為一種用于光電器件的高透射率(100)-取向的LaNiO3納米薄膜電極，通過調(diào)節(jié)不同的溶液濃度，得到不同厚度的薄膜。上述薄膜電極的制備方法為
(1)前驅(qū)體溶液的制備采用溶膠凝膠法，按摩爾比1:1稱取硝酸鑭和硝酸鎳，溶于摩爾比為1 :1的水和乙醇中，再加少量檸檬酸和聚乙二醇，配制成前驅(qū)體溶液，溶液濃度為 0. lOmol/L，其中溶劑的摩爾比為水乙醇檸檬酸聚乙二醇=200 200 2 1 ；
(2)LaNiOj^膜材料的制備采用層層退火工藝，先用旋轉(zhuǎn)涂膜法將前驅(qū)體溶液沉積在襯底材料上，然后將材料放置在熱板上烘干，將干燥的薄膜置于快速退火爐中熱處理， 熱處理工藝特征在于在氧氣氣氛下從350°C以10°C /分鐘的速率升溫到450°C，450°C預(yù)處理10°C，再以15°C /分鐘的速率升溫到600°C，在氮氣氣氛下退火20分鐘，退火溫度為 620°C，得到致密薄膜。用掃描電子顯微鏡測得厚度為12nm，用原子力顯微鏡測得粗糙度為 0. 7000nm，用四探針測試儀測得電阻率為1. 8X 10_4Ω · cm。根據(jù)應(yīng)用的不同，可以重復(fù)以上步驟得到目標(biāo)厚度的薄膜。實驗例4
本實施例為一種用于光電器件的高透射率(100)-取向的LaNiO3納米薄膜電極，通過調(diào)節(jié)不同的溶液濃度，得到不同厚度的薄膜。

上述薄膜電極的制備方法為
(1)前驅(qū)體溶液的制備采用溶膠凝膠法，按摩爾比1:1稱取硝酸鑭和硝酸鎳，溶于摩爾比為1 :1的水和乙醇中，再加少量檸檬酸和聚乙二醇，配制成前驅(qū)體溶液，溶液濃度為 0. 15mol/L，其中溶劑的摩爾比為水乙醇檸檬酸聚乙二醇=200 200 2 1 ；
(2)LaNi03薄膜材料的制備采用層層退火工藝，先用旋轉(zhuǎn)涂膜法將前驅(qū)體溶液沉積在襯底材料上，然后將材料放置在熱板上烘干，將干燥的薄膜置于快速退火爐中熱處理，熱處理工藝特征在于在氧氣氣氛下從350°C以10°C /分鐘的速率升溫到450°C，450°C預(yù)處理 10°C，再以15°C /分鐘的速率升溫到600°C，在氮氣氣氛下退火20分鐘，退火溫度為630°C， 得到致密薄膜。用掃描電子顯微鏡測得厚度為17nm，原子力顯微鏡測得的表面粗糙度為 0. 850nm，用四探針測試儀測得電阻率為1. 3X 10_4Ω · cm。根據(jù)應(yīng)用的不同，可以重復(fù)以上步驟得到目標(biāo)厚度的薄膜。
權(quán)利要求
1.一種P型高透射率高(100)-取向的LaNiO3薄膜的制備方法，其特征是采用以下步驟(1)前驅(qū)體溶液的制備采用溶膠凝膠法，按摩爾比1:1稱取硝酸鑭和硝酸鎳作為溶質(zhì)，溶于摩爾比1:1混合的水和乙醇中，加入檸檬酸和聚乙二醇，配制成前驅(qū)體溶液，溶劑摩爾比水乙醇檸檬酸聚乙二醇為=200 200 2 :1，溶液濃度為0. 08 0. 20mol/L ；(2)LaNiO3薄膜材料的制備采用層層退火工藝，先用旋轉(zhuǎn)涂膜法將前驅(qū)體溶液沉積在襯底材料上，然后將材料放置在熱板上烘干，將干燥的薄膜置于快速退火爐中熱處理，熱處理工藝特征在于在氧氣氣氛下從350°C以10°C /分鐘的速率升溫到450°C，450°C預(yù)處理lOmin，再以15°C /分鐘的速率升溫到600°C，在氮氣氣氛下退火20分鐘，退火溫度為 600°C 650°C，得到 LaNiO3 薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所制得的LaNiO3薄膜厚度小于50nm，電阻率為1 X 1(Γ4Ω · cm 2 X 1(Γ4Ω · cm,表面粗糙度不大于lnm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于襯底材料為石英、玻璃、硅片或者金屬薄片，所述金屬薄片為M片或Cu片。
全文摘要
本發(fā)明涉及微電子與光電子材料領(lǐng)域，特別涉及一種p型高透射率(100)-取向的LaNiO3納米導(dǎo)電薄膜的制備方法。采用以下步驟按摩爾比1:1稱取硝酸鑭和硝酸鎳作為溶質(zhì)，溶劑水乙醇檸檬酸聚乙二醇摩爾比為=20020021，溶液濃度為0.08～0.20mol/L；將前驅(qū)體溶液沉積在襯底材料上烘干，熱處理氧氣氣氛下從350℃以10℃/分鐘的速率升溫到450℃，450℃預(yù)處理10min，再以15℃/分鐘的速率升溫到600℃，在氮氣氣氛下退火20分鐘，退火溫度為600℃～650℃。提高了LaNiO3薄膜電極的表面均勻性和極化程度，(100)取向度高，表面粗糙度小，電阻率低，透射率高。
文檔編號C23C20/08GK102154636SQ201010593790
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者孫雯, 楊長紅, 武衛(wèi)兵, 焦璐, 胡廣達(dá), 鐘仿仿 申請人:濟(jì)南大學(xué)