柔性氧化鋅肖特基二極管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種柔性氧化鋅肖特基二極管及其制備方法，采用溶膠凝膠法，以硝酸鋅有機(jī)溶液和聚四乙烯基苯酚有機(jī)溶液等試劑在具有柔性襯底的ITO導(dǎo)電層上形成具有較好柔性的聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜，并采用熱蒸發(fā)鍍膜法在所述聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜表面蒸鍍貴金屬層從而制得柔性氧化鋅肖特基二極管。由該方法制備的聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜具有較高的柔韌性，使得制備的二極管具有良好的機(jī)械彎折性能和穩(wěn)定的電學(xué)性能，且該方法工藝簡(jiǎn)單、原料易得。
【專利說明】
柔性氧化鋅肖特基二極管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電子材料與元器件領(lǐng)域，具體涉及一種柔性氧化鋅肖特基二極管及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]大面積柔性化電子電路領(lǐng)域的發(fā)展亟需要新型半導(dǎo)體材料，這類半導(dǎo)體材料需要具備良好的機(jī)械柔韌性和優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)。與傳統(tǒng)的硅材料半導(dǎo)體相比，有機(jī)半導(dǎo)體材料有著良好的機(jī)械柔性，但其電學(xué)性能和穩(wěn)定性方面存在著較大問題。近年來，非晶態(tài)金屬氧化物半導(dǎo)體成為新型電子材料的研究熱點(diǎn)，金屬氧化物具有迀移率高、光學(xué)透過率高、電學(xué)性能穩(wěn)定、以及優(yōu)良的機(jī)械彎折特性，因此在柔性電子器件的應(yīng)用上有明顯的優(yōu)勢(shì)。
[0003]氧化鋅是一種優(yōu)異的金屬氧化物半導(dǎo)體，具有激子束縛能高、生長(zhǎng)溫度低、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。常規(guī)條件下，氧化鋅薄膜容易形成纖鋅礦多晶結(jié)構(gòu)，存在著較多的晶粒和界面，晶粒不均勻性和晶粒間界的存在導(dǎo)致器件工作穩(wěn)定性及大面積制備的一致性和柔性變差。
[0004]為了解決以上存在的問題，人們一直在尋求一種理想的技術(shù)解決方案。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供一種工藝簡(jiǎn)單、原料易得、電學(xué)性能穩(wěn)定且柔性較好的柔性氧化鋅肖特基二極管及其制備方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種柔性氧化鋅肖特基二極管的制備方法，包括以下步驟:提供一種硝酸鋅有機(jī)溶液，向所述硝酸鋅有機(jī)溶液中加入絡(luò)合劑進(jìn)行混合制得澄清溶液A;將聚四乙烯基苯酚溶解于2-甲氧基乙醇溶液中并進(jìn)行攪拌1.5小時(shí)?3小時(shí)，制得質(zhì)量濃度為15 g/L?25 g/L的聚四乙烯基苯酚有機(jī)溶液;然后將所述澄清溶液A與所述聚四乙烯基苯酚有機(jī)溶液按照體積比為10:(1?3)的比例進(jìn)行攪拌3小時(shí)?5小時(shí)，制得前驅(qū)體溶液；采用所述前驅(qū)體溶液在具有柔性襯底的IT0導(dǎo)電層上形成厚度為100 nm?200 nm的聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜，并對(duì)其進(jìn)行退火處理；采用熱蒸發(fā)鍍膜法在所述聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜表面蒸鍍貴金屬層從而制得所述柔性氧化鋅肖特基二極管。
[0007] 其中，所述聚四乙烯基苯酚又稱4-乙烯基-苯酚均聚物、聚(4-乙基苯酚)或聚(4-乙烯苯酚)，分子式為[CH2CH(C6H4〇H)]n;g文名為 Poly(4-vinylphenol)。
[0008]基于上述，制備所述聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜的步驟包括:將所述前驅(qū)體溶液分多次旋涂在具有柔性襯底的IT0導(dǎo)電層上形成厚度為100 nm?200 nm的聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜，并在250°C?300°C溫度下對(duì)其進(jìn)行退火3小時(shí)?5小時(shí);其中，每次旋涂后均需在200°C?250°C下進(jìn)行熱處理15分鐘?30分鐘。
[0009]基于上述，制得所述澄清溶液A的步驟包括:將無水硝酸鋅或水合硝酸鋅溶于2-甲氧基乙醇溶劑中，制得鋅離子濃度為0.05 mol/L?0.15 mol/L的硝酸鋅有機(jī)溶液;然后按照摩爾比為1: (0.5?1.5)的比例向所述硝酸鋅有機(jī)溶液中加入絡(luò)合劑并進(jìn)行攪拌1.5小時(shí) ?3小時(shí)，制得所述澄清溶液A。
[0010]基于上述，所述絡(luò)合劑為乙酰丙酮、甘氨酸、尿素、檸檬酸中的一種或幾種的組合。
[0011]基于上述，制備所述貴金屬層的步驟包括:采用熱蒸發(fā)鍍膜法以金或銀為貴金屬材料在所述聚四乙稀基苯酸雜化的氧化鋅薄膜表面蒸鍍厚度為50nm、面積為0.1mmX0.lmm 的貴金屬層，并在150°C?200°C溫度下對(duì)其進(jìn)行退火處理60秒?120秒，使所述貴金屬層和所述聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜形成肖特基接觸。
[0012]本發(fā)明還提供一種由上述制備方法制得的柔性氧化鋅肖特基二極管，具體包括設(shè)置在柔性襯底層的作為正極的IT0導(dǎo)電層的和依次設(shè)置在所述IT0導(dǎo)電層上的聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜層和作為負(fù)極的貴金屬層。其中，所述聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜層是一種金屬氧化物附著在有機(jī)聚合物上并與有機(jī)聚合物支鏈交叉排布的結(jié)構(gòu)，金屬氧化物晶粒點(diǎn)陣會(huì)在有機(jī)聚合物支鏈上的大量氫氧基團(tuán)處形成。需要說明的本發(fā)明所述的聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜的制備方法適合于制備通用各種類型結(jié)構(gòu)的柔性氧化鋅肖特基二極管。
[0013]本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，具體的說，本發(fā)明以溶膠凝膠法采用聚四乙烯基苯酚有機(jī)溶液與硝酸鋅有機(jī)溶液制備出聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜，利用聚四乙烯基苯酚聚合物支鏈上存在的大量氫氧基團(tuán)促進(jìn)氧化鋅點(diǎn)陣的形成，從而使得所述聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜的晶粒均勻性好、晶間界面少，避免了因晶粒不均勻性和晶粒間界的存在引起的器件工作穩(wěn)定性、一致性和柔性差的現(xiàn)象。此夕卜，本發(fā)明提供的方法，硝酸鋅有機(jī)溶液中的硝酸根具有較強(qiáng)的氧化性，配合絡(luò)合劑的使用，會(huì)在對(duì)聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜退火處理過程中釋放出大量的熱量，從而提高反應(yīng)物的活性、加速反應(yīng)過程。因此，由該方法制備的聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜具有較高的柔韌性，使得制備的二極管具有良好的機(jī)械彎折性能和穩(wěn)定的電學(xué)性能，且該方法工藝簡(jiǎn)單、原料易得?！靖綀D說明】
[0014]圖1為本發(fā)明中實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明中實(shí)施例1中的柔性氧化鋅肖特基二極管在襯底彎曲至曲率半徑為 20mm時(shí)的整流曲線圖。[〇〇16]圖中:1、聚乙烯柔性襯底;2、IT0導(dǎo)電層;3、聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜層；4、金層?！揪唧w實(shí)施方式】
[0017]下面通過【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0018]實(shí)施例1本實(shí)施例提供一種柔性氧化鋅肖特基二極管的制備方法，包括以下步驟:將六水合硝酸鋅溶于甲氧基乙醇制備鋅離子摩爾濃度為0.l mol/L的硝酸鋅有機(jī)溶液;然后向所述硝酸鋅有機(jī)溶液中緩慢加入與鋅離子相同摩爾量的乙酰丙酮進(jìn)行磁力攪拌 2小時(shí)，形成澄清透明溶液A;以聚四乙烯基苯酚溶解于2-甲氧基乙醇溶液中并進(jìn)行磁力攪拌2小時(shí)，形成質(zhì)量濃度為20 g/L的聚四乙烯基苯酚有機(jī)溶液;按照體積比為10:1的比例向澄清透明溶液A中加入所述聚四乙烯基苯酚有機(jī)溶液進(jìn)行磁力攪拌4小時(shí)，制得所述前驅(qū)體溶液；將所述前驅(qū)體溶液滴在具有聚乙烯柔性襯底的IT0導(dǎo)電層上，用臺(tái)式勻膠機(jī)旋涂30秒， 旋轉(zhuǎn)速度為2000rpm，然后在220 °C的熱板上對(duì)其加熱20分鐘；重復(fù)上述旋涂、加熱過程直至在所述IT0導(dǎo)電層上形成厚度為100 nm的聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜，然后在250°C 的熱板上對(duì)其退火處理3小時(shí)；將金屬掩膜板固定在所述聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜表面，采用熱蒸發(fā)鍍膜在其表面熱蒸鍍厚度為50nm、面積為0.1 _X0.1 mm的金層，最后對(duì)制得的樣品在150°C退火處理60秒，使所述金層和所述聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜形成良好的肖特基接觸。 [〇〇19]如圖1所示，為由本實(shí)施例提供的制備方法制得的柔性氧化鋅肖特基二極管的結(jié)構(gòu)示意圖，它包括具有聚乙烯柔性襯底1的IT0導(dǎo)電層2和依次設(shè)置在所述IT0導(dǎo)電層上的聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜層3和金層4。所述柔性氧化鋅肖特基二極管以IT0導(dǎo)電層為正極、以金層為負(fù)極。需要說明的本發(fā)明所述的聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜的制備方法適合于制備通用各種類型結(jié)構(gòu)的柔性氧化鋅肖特基二極管。
[0020]實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證采用半導(dǎo)體特性測(cè)試儀對(duì)有本實(shí)施例所述的制備方法制得的柔性氧化鋅肖特基二極管在襯底彎曲至曲率半徑為20mm時(shí)進(jìn)行電流電壓曲線測(cè)試，結(jié)果如圖2所示，由圖中可以看出，彎曲后所述柔性氧化鋅肖特基二極管依然具有較好的整流特性。其中，整流是指利用二極管單向?qū)щ娦裕逊较蚪惶孀兓慕涣麟娮儞Q成單一方向的脈動(dòng)直流電，從輸入交流中得到輸出的直流的過程為整流。
[0021]實(shí)施例2本實(shí)施例提供一種柔性氧化鋅肖特基二極管的制備方法，具體步驟與實(shí)施例1中的大致相同，不同之處在于:本實(shí)施例以硝酸鋅為溶質(zhì)以甲氧基乙醇為溶劑配置鋅離子濃度為0.15 mol/L的硝酸鋅有機(jī)溶液，然后分別向所述硝酸鋅有機(jī)溶液中加入與鋅離子相同摩爾量的甘氨酸和尿素進(jìn)行磁力攪拌3小時(shí)形成所述澄清透明溶液A。
[0022]本實(shí)施例中由上述制備方法制備的柔性氧化鋅肖特基二極管結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1中的結(jié)構(gòu)。[〇〇23] 實(shí)施例3本實(shí)施例提供一種柔性氧化鋅肖特基二極管的制備方法，具體步驟與實(shí)施例1中的大致相同，不同之處在于:本實(shí)施例將所述前驅(qū)體溶液旋涂在柔性襯底的IT0導(dǎo)電層上，在250°C進(jìn)行熱處理15分鐘，重復(fù)上述旋涂和熱處理步驟在所述IT0導(dǎo)電層形成厚度為200 nm的聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜，然后在250°C溫度下對(duì)其進(jìn)行退火處理5小時(shí)。
[0024]本實(shí)施例中由上述制備方法制備的柔性氧化鋅肖特基二極管結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1中的結(jié)構(gòu)。
[0025]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柔性氧化鋅肖特基二極管的制備方法，包括以下步驟:提供一種硝酸鋅有機(jī)溶液，向所述硝酸鋅有機(jī)溶液中加入絡(luò)合劑進(jìn)行混合制得澄清溶 液A;將聚四乙烯基苯酚溶解于2-甲氧基乙醇溶液中并進(jìn)行攪拌1.5小時(shí)?3小時(shí)，制得質(zhì)量 濃度為15 g/L?25 g/L的聚四乙烯基苯酚有機(jī)溶液;然后將所述澄清溶液A與所述聚四乙 烯基苯酚有機(jī)溶液按照體積比為10:(1?3)的比例進(jìn)行攪拌3小時(shí)?5小時(shí)，制得前驅(qū)體溶 液；采用所述前驅(qū)體溶液在具有柔性襯底的ITO導(dǎo)電層上形成厚度為100 nm?200 nm的聚 四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜，并對(duì)其進(jìn)行退火處理；采用熱蒸發(fā)鍍膜法在所述聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜表面蒸鍍貴金屬層從而 制得所述柔性氧化鋅肖特基二極管。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性氧化鋅肖特基二極管的制備方法，其特征在于，制備所述 聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜的步驟包括:將所述前驅(qū)體溶液分多次旋涂在具有柔性 襯底的ITO導(dǎo)電層上形成厚度為100 nm?200 nm的聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜，并 在250°C?300°C溫度下對(duì)其進(jìn)行退火3小時(shí)?5小時(shí)；其中，每次旋涂后均需在200°C?250 °C下進(jìn)行熱處理15分鐘?30分鐘。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的柔性氧化鋅肖特基二極管的制備方法，其特征在于，制得 所述澄清溶液A的步驟包括:將無水硝酸鋅或水合硝酸鋅溶于2-甲氧基乙醇溶劑中，制得鋅 離子濃度為〇.05 mol/L?0.15 mol/L的硝酸鋅有機(jī)溶液;然后按照摩爾比為1: (0.5?1.5) 的比例向所述硝酸鋅有機(jī)溶液中加入絡(luò)合劑并進(jìn)行攪拌1.5小時(shí)?3小時(shí)，制得所述澄清溶 液A〇4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柔性氧化鋅肖特基二極管的制備方法，其特征在于，所述絡(luò)合 劑為乙酰丙酮、甘氨酸、尿素、檸檬酸中的一種或幾種的組合。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柔性氧化鋅肖特基二極管的制備方法，其特征在于，制備所述 貴金屬層的步驟包括:采用熱蒸發(fā)鍍膜法以金或銀為貴金屬材料在所述聚四乙烯基苯酚雜 化的氧化鋅薄膜表面蒸鍍厚度為50nm、面積為0.1mm X0.1mm的貴金屬層，并在150 °C?200 °C溫度下對(duì)其進(jìn)行退火處理60秒?120秒，使所述貴金屬層和所述聚四乙烯基苯酚雜化 的氧化鋅薄膜形成肖特基接觸。6.—種由權(quán)利要求1?5任一項(xiàng)所述的柔性氧化鋅肖特基二極管的制備方法制得的柔 性氧化鋅肖特基二極管，其特征在于，它包括具有柔性襯底的IT0導(dǎo)電層和依次設(shè)置在所述 IT0導(dǎo)電層上的聚四乙烯基苯酚雜化的氧化鋅薄膜層及貴金屬層;所述柔性氧化鋅肖特基 二極管以IT0導(dǎo)電層為正極、以貴金屬層為負(fù)極。
【文檔編號(hào)】H01L51/40GK105977383SQ201610338043
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月20日
【發(fā)明人】張新安, 鄭海務(wù), 楊光, 劉獻(xiàn)省, 李爽, 張偉風(fēng)
【申請(qǐng)人】河南大學(xué)