專利名稱：氧化銦薄膜材料及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種薄膜材料及制法，尤其是氧化銦薄膜材料及制備方法。
背景技術：
納米或微米級的有序球形孔薄膜材料具有許多新的優(yōu)良特性，可廣泛地應用于聲子衍射柵、光學過濾器、選擇光吸收器、干涉儀、全反射涂層、光電池、化學和生物傳感器等，同時在微電子、磁學、催化和納米光子學等方面也有著重要的應用前景。目前，人們?yōu)榱双@得納米或微米級的有序球形孔薄膜材料，常使用刻蝕法，如光刻蝕法、電子束刻蝕法、X-射線刻蝕法、STM(原子力顯微鏡)刻蝕法、AFM(掃描隧道顯微鏡)刻蝕法。但是，這些方法均存在著不足之處，首先，未能做出納米或微米級的氧化銦有序球形孔薄膜；其次，所用的設備昂貴，生產(chǎn)效率底、成本高，故難以實現(xiàn)規(guī)?；?。雖也有采用膠體晶體模板法來避免刻蝕法的缺陷，如將膠體球附于襯底表面而形成模板的旋涂法或垂直提拉法，但也未獲得納米或微米級的氧化銦有序球形孔薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題為克服上述各種方案的局限性，提供一種實用、制備簡便的氧化銦薄膜材料及制備方法。
氧化銦薄膜材料包括襯底，特別是所說襯底上覆有單層或多層氧化銦球形孔構(gòu)成的薄膜，所說氧化銦球形孔的直徑為100～5000nm，所說薄膜的厚度為50nm～100μm。
作為氧化銦薄膜材料的進一步改進，所述的氧化銦球形孔呈緊密的六方排列，且氧化銦球形孔間相互連通；所述的襯底為玻璃或單晶硅片或陶瓷或云母或石英。
氧化銦薄膜材料的制備方法包括用旋涂法或垂直提拉法將膠體球附于襯底表面而形成模板，特別是先將濃度為0.1～0.5摩爾的氫氧化銦溶膠滲入襯底上的膠體球間，再將滲有氫氧化銦溶膠的模板于50～110℃下加熱0.5～3小時，之后，將浸在二氯甲烷中的模板置于超聲波中1～3分鐘，最后，將模板置于370～500℃下退火1～3小時，制得氧化銦薄膜材料。
作為氧化銦薄膜材料的制備方法的進一步改進，所述的附著于襯底上的膠體球的直徑為100～5000nm，層數(shù)為單層或多層，厚度為50nm～100μm；所述的將氫氧化銦溶膠滴加到膠體球上，使其滲入至襯底上的膠體球間；所述的氫氧化銦溶膠中混合有表面活性劑，其中，氫氧化銦溶膠與表面活性劑間的比例為1比1～5；所述的表面活性劑為Triton-X100與甲醇的混合物，兩者間的比例為1比300～400；所述的超聲波的功率為80～120瓦。
相對于現(xiàn)有技術的有益效果是，其一，對制得的薄膜材料分別使用場發(fā)射掃描電子顯微鏡、X-射線能量色散儀和X-射線衍射儀進行觀測與測試后，從得到的掃描電鏡照片、X-射線能量色散譜和X-射線衍射譜可知，薄膜材料是由呈六方緊密排列的、單層或多層的、孔間相互連通的、孔骨架致密的有序球形孔構(gòu)成，覆蓋于襯底的表面，其孔徑和膜厚度均為納米或微米級，它是由面心立方結(jié)構(gòu)的多晶氧化銦構(gòu)成；其二，采用氫氧化銦為前驅(qū)體，通過膠體晶體模板法，在不同的襯底上，只要選取不同直徑的膠體球和將其制成不同厚度的膠體晶體模板，就可合成不同孔直徑的和不同薄膜厚度的大面積(cm2厘米級的)的有序球形孔氧化銦薄膜；其三，將氫氧化銦溶膠滴加至膠體球上，利用重力可使其在膠體球間滲入的更加完全和快捷；其四，氫氧化銦溶膠中混合的表面活性劑，也使其更易于完全地滲入至膠體球間的縫隙中，從而為后繼的氧化銦有序球形孔的成形奠定了良好的基礎；其五，制備過程中所用的設備少、價廉，工藝簡單、成本低，無污染，適于工業(yè)化生產(chǎn)。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選方式作進一步詳細的描述。
圖1是對薄膜材料用日本JEOL 6700型場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀測后攝得的照片，由圖中可看到單層有序球形孔的直徑為100nm；圖2是對薄膜材料用日本JEOL 6700型場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀測后攝得的照片，由圖中可看到多層有序球形孔的直徑為1000nm；圖3是對薄膜材料用日本JEOL 6700型場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀測后攝得的照片，由圖中可看到多層有序球形孔的直徑為2500nm；圖4是對薄膜材料用日本JEOL 6700型場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀測后攝得的照片，由圖中可看到多層有序球形孔的直徑為3500nm；
圖5是對薄膜材料用日本JEOL 6700型場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀測后攝得的照片，由圖中可看到多層有序球形孔的直徑為5000nm；圖6是對薄膜材料用KEVEX-SIJMATMGOLD型X-射線能量色散儀測試后得到的X-射線能量色散譜(EDX)，其中，縱坐標為相對強度，橫坐標為能量，由EDX可知，有序球形孔的構(gòu)成元素為銦和氧；圖7是對薄膜材料用Phillips X’Pert型X-射線衍射儀測試后得到的X-射線衍射譜(XRD)，其中，縱坐標為衍射角，橫坐標為相對強度，由XRD各衍射峰的位置和相對強度可知，該有序球形孔是由面心立方結(jié)構(gòu)的多晶氧化銦構(gòu)成。
具體實施例方式
首先用常規(guī)方法制得或從市場購得商業(yè)化單分散的直徑為100～5000nm的聚苯乙烯膠體球。
實施例1將直徑為100nm的聚苯乙烯膠體球在玻璃上用旋涂法合成厚度為100nm、面積為5cm2的單層膠體晶體模板。然后，先將濃度為0.1摩爾的、其中混合有表面活性劑的氫氧化銦溶膠滴加到膠體球上，使其滲入至玻璃上的膠體球間；其中，氫氧化銦溶膠與表面活性劑間的比例為1比1，表面活性劑為Triton-X100與甲醇的混合物，兩者間的比例為1比300。再將滲有氫氧化銦溶膠的模板于50℃下加熱3小時。之后，將浸在二氯甲烷中的模板置于功率為80瓦的超聲波中3分鐘。最后，將模板置于370℃下退火3小時，制得如圖1所示的、其構(gòu)成元素及晶格構(gòu)成如同于如圖6和圖7中的曲線所示的氧化銦薄膜材料。
實施例2將直徑為1000nm的聚苯乙烯膠體球在單晶硅片上用垂直提拉法合成厚度為10μm、面積為10cm2的多層膠體晶體模板。然后，先將濃度為0.2摩爾的、其中混合有表面活性劑的氫氧化銦溶膠滴加到膠體球上，使其滲入至玻璃上的膠體球間；其中，氫氧化銦溶膠與表面活性劑間的比例為1比2，表面活性劑為Triton-X100與甲醇的混合物，兩者間的比例為1比325。再將滲有氫氧化銦溶膠的模板于65℃下加熱2.5小時。之后，將浸在二氯甲烷中的模板置于功率為90瓦的超聲波中2.5分鐘。最后，將模板置于400℃下退火2.5小時，制得如圖2所示的、其構(gòu)成元素及晶格構(gòu)成基本上相同于如圖6和圖7中的曲線所示的氧化銦薄膜材料。
實施例3將直徑為2500nm的聚苯乙烯膠體球在陶瓷上用旋涂法合成厚度為25μm、面積為15cm2的多層膠體晶體模板。然后，先將濃度為0.3摩爾的、其中混合有表面活性劑的氫氧化銦溶膠滴加到膠體球上，使其滲入至玻璃上的膠體球間；其中，氫氧化銦溶膠與表面活性劑間的比例為1比3，表面活性劑為Triton-X100與甲醇的混合物，兩者間的比例為1比350。再將滲有氫氧化銦溶膠的模板于80℃下加熱2小時。之后，將浸在二氯甲烷中的模板置于功率為100瓦的超聲波中2分鐘。最后，將模板置于430℃下退火2小時，制得如圖3所示的、其構(gòu)成元素及晶格構(gòu)成基本上相同于如圖6和圖7中的曲線所示的氧化銦薄膜材料。
實施例4將直徑為3500nm的聚苯乙烯膠體球在云母上用垂直提拉法合成厚度為100μm、面積為20cm2的多層膠體晶體模板。然后，先將濃度為0.4摩爾的、其中混合有表面活性劑的氫氧化銦溶膠滴加到膠體球上，使其滲入至玻璃上的膠體球間；其中，氫氧化銦溶膠與表面活性劑間的比例為1比4，表面活性劑為Triton-X100與甲醇的混合物，兩者間的比例為1比375。再將滲有氫氧化銦溶膠的模板于95℃下加熱1.5小時。之后，將浸在二氯甲烷中的模板置于功率為110瓦的超聲波中1.5分鐘。最后，將模板置于470℃下退火2.5小時，制得如圖4所示的、其構(gòu)成元素及晶格構(gòu)成基本上相同于如圖6和圖7中的曲線所示的氧化銦薄膜材料。
實施例5將直徑為5000nm的聚苯乙烯膠體球在石英上用旋涂法合成厚度為50μm、面積為25cm2的多層膠體晶體模板。然后，先將濃度為0.5摩爾的、其中混合有表面活性劑的氫氧化銦溶膠滴加到膠體球上，使其滲入至玻璃上的膠體球間；其中，氫氧化銦溶膠與表面活性劑間的比例為1比5，表面活性劑為Triton-X100與甲醇的混合物，兩者間的比例為1比400。再將滲有氫氧化銦溶膠的模板于110℃下加熱0.5小時。之后，將浸在二氯甲烷中的模板置于功率為120瓦的超聲波中1分鐘。最后，將模板置于500℃下退火1小時，制得如圖5所示的、其構(gòu)成元素及晶格構(gòu)成基本上相同于如圖6和圖7中的曲線所示的氧化銦薄膜材料。
顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明的氧化銦薄膜材料及制備方法進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氧化銦薄膜材料，包括襯底，其特征在于所說襯底上覆有單層或多層氧化銦球形孔構(gòu)成的薄膜，所說氧化銦球形孔的直徑為100～5000nm，所說薄膜的厚度為50nm～100μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化銦薄膜材料，其特征是氧化銦球形孔呈緊密的六方排列，且氧化銦球形孔間相互連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化銦薄膜材料，其特征是襯底為玻璃或單晶硅片或陶瓷或云母或石英。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化銦薄膜材料的制備方法，包括用旋涂法或垂直提拉法將膠體球附于襯底表面而形成模板，其特征在于先將濃度為0.1～0.5摩爾的氫氧化銦溶膠滲入襯底上的膠體球間，再將滲有氫氧化銦溶膠的模板于50～110℃下加熱0.5～3小時，之后，將浸在二氯甲烷中的模板置于超聲波中1～3分鐘，最后，將模板置于370～500℃下退火1～3小時，制得氧化銦薄膜材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化銦薄膜材料的制備方法，其特征是附著于襯底上的膠體球的直徑為100～5000nm，層數(shù)為單層或多層，厚度為50nm～100μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化銦薄膜材料的制備方法，其特征是將氫氧化銦溶膠滴加到膠體球上，使其滲入至襯底上的膠體球間。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的氧化銦薄膜材料的制備方法，其特征是氫氧化銦溶膠中混合有表面活性劑，其中，氫氧化銦溶膠與表面活性劑間的比例為1比1～5。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氧化銦薄膜材料的制備方法，其特征是表面活性劑為Triton-X100與甲醇的混合物，兩者間的比例為1比300～400。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化銦薄膜材料的制備方法，其特征是超聲波的功率為80～120瓦。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氧化銦薄膜材料及制備方法。材料包括襯底，特別是襯底上覆有單層或多層氧化銦球形孔構(gòu)成的薄膜，氧化銦球形孔的直徑為100～5000nm，薄膜的厚度為50nm～100μm；方法包括用旋涂法或垂直提拉法將膠體球附于襯底表面而形成模板，特別是先將濃度為0.1～0.5摩爾的氫氧化銦溶膠滲入襯底上的膠體球間，再將滲有氫氧化銦溶膠的模板于50～110℃下加熱0.5～3小時，然后將浸在二氯甲烷中的模板置于超聲波中1～3分鐘，最后，將模板置于370～500℃下退火1～3小時，制得氧化銦薄膜材料。它制得的氧化銦薄膜材料是由呈六方緊密排列的、單層或多層的、孔間相互連通的、孔骨架致密的、孔徑和厚度均為納米或微米級的有序球形孔構(gòu)成，制備的工藝簡單、成本低，無污染，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號H01L21/02GK1663914SQ20041001423
公開日2005年9月7日 申請日期2004年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
發(fā)明者李越, 蔡偉平, 段國韜, 孫豐強, 張立德 申請人:中國科學院固體物理研究所