專利名稱：c-取向排列ZnO: Al薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種c-取向排列Zn0: Al薄膜的 制備方法。
背景技術(shù)：
Zn0是一種六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)的寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有多種優(yōu)良的物 理化學(xué)性能，如導(dǎo)熱性能好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，且材料來源十分豐富，是一 種多功能薄膜材料。少量A1摻雜可以進(jìn)一步增大透光性和導(dǎo)電率。Al摻 雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜在光電探測器、發(fā)光二極管、表面聲波器件、變阻器、 氣體傳感器、太陽能電池等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
在這些應(yīng)用中，要求薄膜有高的透過率和低的電阻率。由于ZnO晶體 的光學(xué)各向異性， 一般在入射光垂直于c-軸方向上有最大的透過率。目前 為c-取向且c-軸平行于基片的薄膜的帝恪一般只有少量的復(fù)雜的工藝在 特定工藝條件下可以實(shí)現(xiàn)。溶膠-凝膠法是工藝簡單，化學(xué)組成均應(yīng)、易 于實(shí)現(xiàn)化學(xué)計(jì)量比、和成本低的一種工藝，目前應(yīng)用溶膠-凝膠法很難制 備這種特殊的與基片排列關(guān)系和特定取向的Zn0: Al薄膜。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備工藝簡單的c-取向排列Zn0: Al薄膜 的制備方法，按本發(fā)明的制備方法得到高度c-取向的長柱狀顆粒薄膜，柱 狀的長度方向?yàn)榫w的c-軸方向且平行于基片表面。透光測試表明本發(fā)明 的薄膜具有大的透光率和透光波長范圍。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1) 先驅(qū)體溶液的配制按Zn。.99Al。.wO化學(xué)式將硝酸鋅或乙酸鋅與硝酸鋁、乙酸鋁或氯化鋁溶入冰乙酸中，然后再加入乙二醇和三乙醇胺，溶
液中的金屬離子摩爾比為乙二醇三乙醇胺=1: 2: 5-10，再用冰乙酸
調(diào)節(jié)溶液中鋅離子的濃度至0.01mo1/1，用質(zhì)量濃度為35%-37%的鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH<5得到先驅(qū)體溶液；
2) 涂膜采用浸涂或旋涂工藝將先驅(qū)體溶液涂敷在基片上，每次涂
敷后將其在120°C干燥，反復(fù)上述的涂敷和干燥過程直至得到要求厚度的薄膜；
3) 退火將涂膜后的基片自室溫以大于200°C/min的升溫速率升溫至650-750。C退火60min或直接將涂膜后的基片放入650-750°C的高溫爐中退火60min后自然冷卻得到c-取向排列ZnO: Al薄膜。
本發(fā)明為了降低先驅(qū)體溶液的粘度，將先驅(qū)體溶液在60-80°C凝膠化30-60min;基片采用石英玻璃基片，涂膜前用無水乙醇和丙酮分別超聲清洗15-30min，風(fēng)干。
本發(fā)明應(yīng)用溶膠-凝膠法基片上制備ZnO: Al薄膜，以大于20(TC/min
的速度快速升溫在650-750°C退火則得到高度c-取向的長柱狀顆粒薄膜，
柱狀的長度方向?yàn)榫w的c-軸方向且平行于基片表面。透光測試表明后一
種薄膜具有大的透光率和透光波長范圍。附図說昍
圖1是本發(fā)明ZnO: Al薄膜的XRD圖，其中(a)是400°C預(yù)退火60min然后在700°C退火60min (b) 700°C退火60min的ZnO: A1薄膜的XRD圖2是本發(fā)明ZnO: Al薄膜的AFM顯微照片，其中圖2 (a)是400°C預(yù)退火60min然后在400°C預(yù)退火60min然后在700°C退火60min，圖2 (b) 4在700°C退火60min后ZnO: Al薄膜的AFM顯微照片；圖3是本發(fā)明ZnO:Al薄膜的透光曲線,其中虛線是40(TC預(yù)退火60min然后700°C退火60min，實(shí)線是在700°C退火60min后ZnO: Al薄膜的透光曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例l: l)先驅(qū)體溶液的配制按Zn。.^l。.wO化學(xué)式將硝酸鋅與硝酸鋁溶入冰乙酸中，然后再加入乙二醇和三乙醇胺，溶液中的金屬離子摩爾比為乙二醇三乙醇胺=1: 2: 8，再用冰乙酸調(diào)節(jié)溶液中鋅離子的濃度至O.Olmol/l,為了防止溶液長時(shí)間放置過程中金屬氫氧化物沉淀的形成用質(zhì)量濃度為35%-37%的鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH〈5得到先驅(qū)體溶液，為了降低先驅(qū)體溶液的粘度，將先驅(qū)體溶液在6(TC凝膠化60min;
2) 涂膜取石英玻璃基片，涂膜前用無水乙醇和丙酮分別超聲清洗15-30min，風(fēng)干，然后采用浸涂或旋涂工藝將先驅(qū)體溶液涂敷在基片上，每次涂敷后將其在120T干燥，反復(fù)上述的涂敷和干燥過程直至得到要求厚度的薄膜；
3) 退火:將涂膜后的基片400°C預(yù)退火60min然后在700°C退火60min后自然冷卻得到任意取向的ZnO: Al薄膜(圖la和圖2a);將涂膜后的基片自室溫以大于200°C/min的升溫速率升溫至700°C退火60min后自然冷卻得到c-取向排列ZnO: Al薄膜(圖lb和圖2b)。
4) 光透過性能c-取向排列ZnO: Al薄膜比任意取向薄膜有大的透過率和透光波長范圍(圖3)。
實(shí)施例2: l)先驅(qū)體溶液的配制按Zn。.^l。.。"化學(xué)式將乙酸鋅與氯化鋁溶入冰乙酸中，然后再加入乙二醇和三乙醇胺，溶液中的金屬離子摩爾比為乙二醇三乙醇胺=1: 2: 5，再用冰乙酸調(diào)節(jié)溶液中鋅離子的濃度至0.01mol/l，為了防止溶液長時(shí)間放置過程中金屬氫氧化物沉淀的形成用質(zhì)量濃度為35%-37%的鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH〈5得到先驅(qū)體溶液，為了降低先驅(qū)體溶液的粘度，將先驅(qū)體溶液在8(TC凝膠化30min;
2) 涂膜取石英玻璃基片，涂膜前用無水乙醇和丙酮分別超聲清洗15-30min，風(fēng)干，然后采用浸涂或旋涂工藝將先驅(qū)體溶液涂敷在基片上，每次涂敷后將其在120°C干燥，反復(fù)上述的涂敷和干纟喿過程直至得到要求厚度的薄膜；
3) 退火將涂膜后的基片自室溫以大于20(TC/min的升溫速率升溫至650。C退火60min后自然冷卻得到c-取向排列ZnO: Al薄膜。
實(shí)施例3: l)先驅(qū)體溶液的配制按Zn。.41。.。,(H七學(xué)式將硝酸鋅與乙酸鋁溶入冰乙酸中，然后再加入乙二醇和三乙醇胺，溶液中的金屬離子摩
爾比為乙二醇三乙醇胺=1: 2: 10的摩爾比，再用冰乙酸調(diào)節(jié)溶液中鋅離子的濃度至0.01mol/l，為了防止溶液長時(shí)間放置過程中金屬氫氧化物沉淀的形成用質(zhì)量濃度為35%-37%的鹽酸調(diào)節(jié)溶液的PH<5得到先驅(qū)體溶液，為了降低先驅(qū)體溶液的粘度，將先驅(qū)體溶液在7(TC凝膠化45min;
2) 涂膜取石英玻璃基片，涂膜前用無水乙醇和丙酮分別超聲清洗15-30min，風(fēng)干，然后采用浸涂或旋涂工藝將先驅(qū)體溶液涂敷在基片上，每次涂敷后將其在120°C干燥，反復(fù)上述的涂敷和干燥過程直至得到要求厚度的薄膜；
3) 退火將涂膜后的基片自室溫以大于200。C/min的升溫速率升溫至750°C退火60min后自然冷卻得到c-取向排列ZnO: Al薄膜。
實(shí)施例4: l)先驅(qū)體溶液的配制按Zn。.99Al。.』化學(xué)式將乙酸鋅與硝酸鋁溶入冰乙酸中，然后再加入乙二醇和三乙醇胺，溶液中的金屬離子的
摩爾比為乙二醇三乙醇胺=1: 2: 6，再用冰乙酸調(diào)節(jié)溶液中鋅離子的濃度至0.01mo1/1，為了防止溶液長時(shí)間放置過程中金屬氫氧化物沉淀的形成用質(zhì)量濃度為35%-37%的鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH〈5得到先驅(qū)體溶液；
2) 涂膜取石英玻璃基片，涂膜前用無水乙醇和丙酮分別超聲清洗15-30min，風(fēng)干，然后采用浸涂或旋涂工藝將先驅(qū)體溶液涂敷在基片上，每次涂敷后將其在120°C干燥，反復(fù)上述的涂敷和干燥過程直至得到要求厚度的薄膜；
3) 退k:將涂膜后的基片直接放入650°C的高溫爐中退火60min后自然冷卻得到c-取向排列ZnO: Al薄膜。
實(shí)施例5: l)先驅(qū)體溶液的配制按Zn。.99Al詣0化學(xué)式將乙酸鋅與氯化鋁溶入冰乙酸中，然后再加入乙二醇和三乙醇胺，溶液中的金屬離子的摩爾比為乙二醇三乙醇胺=1: 2: 7的摩爾比，再用冰乙酸調(diào)節(jié)溶液中
鋅離子的濃度至O.Olmol/l,為了防止溶液長時(shí)間放置過程中金屬氫氧化物沉淀的形成用質(zhì)量濃度為35%-37%的鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH<5得到先驅(qū)體溶液；
2) 涂膜取石英玻璃基片，涂膜前用無水乙醇和丙酮分別超聲清洗15-30min，風(fēng)干，然后采用浸涂或旋涂工藝將先驅(qū)體溶液涂敷在基片上，每次涂敷后將其在120°C干燥，反復(fù)上述的涂敷和干燥過程直至得到要求厚度的薄膜；
3) 退火將涂膜后的基片直接放入750°C的高溫爐中退火60min后自然冷卻得到c-取向排列ZnO: Al薄膜。
權(quán)利要求
1、一種c-取向排列ZnO:Al薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)先驅(qū)體溶液的配制按Zn0.99Al0.01O化學(xué)式將硝酸鋅或乙酸鋅與硝酸鋁、乙酸鋁或氯化鋁溶入冰乙酸中，然后再加入乙二醇和三乙醇胺，溶液中的金屬離子摩爾比為乙二醇∶三乙醇胺＝1∶2∶5-10，再用冰乙酸調(diào)節(jié)溶液中鋅離子的濃度至0.01mol/l，用質(zhì)量濃度為35％-37％的鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH＜5得到先驅(qū)體溶液；2)涂膜采用浸涂或旋涂工藝將先驅(qū)體溶液涂敷在基片上，每次涂敷后將其在120℃干燥，反復(fù)上述的涂敷和干燥過程直至得到要求厚度的薄膜；3)退火將涂膜后的基片自室溫以大于200℃/min的升溫速率升溫至650-750℃退火60min或直接將涂膜后的基片放入650-750℃的高溫爐中退火60min后自然冷卻得到c-取向排列ZnO:Al薄膜。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的c-取向排列ZnO: Al薄膜的制備方法，其 特征在于為了降低先驅(qū)體溶液的粘度，將先驅(qū)體溶液在60-80°C凝膠化 30-60min。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的c-取向排列ZnO: Al薄膜的制備方法，其 特征在于所說的基片采用石英玻璃基片，涂膜前用無水乙醇和丙酮分別 超聲清洗15-30min，風(fēng)干。
全文摘要
一種c-取向排列ZnO:Al薄膜的制備方法，先驅(qū)體溶液的配制按Zn<sub>0.99</sub>Al<sub>0.01</sub>O化學(xué)式將硝酸鋅或乙酸鋅與硝酸鋁、乙酸鋁或氯化鋁溶入冰乙酸中，然后再加入乙二醇和三乙醇胺，向溶液中加入冰乙酸后用鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH＜5得到先驅(qū)體溶液；采用浸涂或旋涂工藝將先驅(qū)體溶液涂敷在基片上；將涂膜后的基片在650-750℃的高溫爐中退火60min后自然冷卻得到c-取向排列ZnO:Al薄膜。本發(fā)明應(yīng)用溶膠-凝膠法基片上制備ZnO:Al薄膜，以大于200℃/min的速度快速升溫在650-750℃退火則得到高度c-取向的長柱狀顆粒薄膜，柱狀的長度方向?yàn)榫w的c-軸方向且平行于基片表面。透光測試表明后一種薄膜具有大的透光率和透光波長范圍。
文檔編號(hào)H01B13/00GK101650990SQ20091002372
公開日2010年2月17日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者于慧陽, 吳建鵬, 曹麗云, 賀海燕, 黃劍鋒 申請人:陜西科技大學(xué)