專利名稱：一種自組裝氧化釩薄膜的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無機半導體功能材料領域，具體涉及一種具有相變特性的二氧化釩薄膜的自組裝制備方法。
背景技術：
自從1959年Morin首次觀察到釩氧化物具有熱致相變特性，VO2作為一種熱致相變氧化物具有較高的激活能和較高的熱電阻溫度系數。氧化釩在68°C附近由低溫半導體單斜晶相轉變?yōu)楦邷亟鸺t石四方金屬相，其電阻率、磁化率、光透射率和反射率發(fā)生突變。薄膜形態(tài)的電阻率的變化幅度值可以高達4 5個數量級?；诒∧ぴ谙嘧冞^程中表現出優(yōu)異的電光特性，使得其具有較高的實用價值和廣闊的應用前景，可用于智能玻璃、 光電開關材料和太陽能溫控裝置?；瘜W液相法是制備氧化釩薄膜的常規(guī)方法之一，其具有原料來源廣泛、工藝簡單、 摻雜元素可以計量控制等特點。通常氧化釩薄膜制備是用V2O5加熱到700-900°C高溫然后直接倒入水中，制成溶膠然后涂膠烘干退火處理，這種工藝需要在高溫條件下操作，環(huán)境比較艱苦，同時釩粉體揮發(fā)具有一定的毒性。而濺射法則是另一種制備氧化釩薄膜的常規(guī)方法，其需要工藝較為復雜，特別前軀體要求較高，不容易買到且價格昂貴，制備時需要特定的真空條件等。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對上面所述缺陷，提供一種在較低溫度下合成且成膜質量高的自組裝氧化釩薄膜的制備方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案予以實現的。一種自組裝氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟。(1)、對襯底先用丙酮溶液超聲清洗，再用去離子水超聲清洗，最后用無水乙醇超聲清洗后烘干；(2)、將步驟(1)中烘干后的襯底放入十八烷基三氯硅烷-甲苯溶液中，靜置 30-60分鐘取出，然后在紫外光中照射；(3)、將V2O5和抗壞血酸溶解在水中，并加入稀HCl 調整PH為5-6加熱至30°C -50°C攪拌30-60分鐘溶解為透明澄清藍色溶液A ；將醋酸鈰和仲鎢酸銨溶解在水中加入稀HCl調整PH為5-6形成溶液B ；將溶液A和溶液B混合，邊混合邊攪拌加入聚乙二醇，然后密封陳化48-72小時備用；(4)、將步驟(2)中經紫外光照射后的襯底放入步驟(3)所得備用溶液中約30-60分鐘，提出烘干；(5)、將步驟(4)所得襯底在 Ar氣中熱處理。所述步驟(2)中十八烷基三氯硅烷-甲苯溶液的濃度為1%_4%。所述步驟(2)中紫外光照射時間為10-30分鐘。所述步驟(3)中V2O5和抗壞血酸的質量比為1:1. 5-4。所述步驟(3)中溶液A還可用醋酸溶液調整PH值。所述步驟(3)中溶液A還可用稀HCl溶液和醋酸溶液調整PH值。
所述步驟(3)中醋酸鈰的質量為V2O5質量的1%_3%。所述步驟(3)中仲鎢酸銨的質量為V2O5質量的1%_5%。所述步驟(3)中聚乙二醇的濃度為1%- ，聚乙二醇的加入量為總溶液重量的 1%-3%。步驟(5)中所述熱處理的氬氣壓力為0. 6MPa-0. 9 MPa，處理溫度為300°C -450°C, 保溫時間為1 2小時，然后在Ar氣氛中自然冷卻到室溫。本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明采用化學液相法，在較低溫度下合成避免高溫條件下氧化釩的毒性，由于初始原料抗壞血酸和V2O5原料來源廣泛價格便宜，其中抗壞血酸 (維生素C)具有腐蝕性小無毒等特點有利于環(huán)保和操作人員的健康。通過維生素的水解絡合作用有效控制了氧化還原反應速度減少了針孔缺陷提高了膜的質量。2.用抗壞血酸直接還原工業(yè)V2O5，原料來源廣泛，簡化了前軀體的制備的工藝流程。3.采用自組裝方法，成膜質量高，結合力強，具有取向生長，降低了熱處理溫度和半導體工藝兼容性較好。4.所得摻雜W和Ce 二氧化釩薄膜，隨著摻雜比例的不同，相變溫度可以調節(jié)，詳見附圖1至圖3。


圖1為本發(fā)明實施例1中所得氧化釩薄膜的紅外透射溫度特性。圖2為本發(fā)明實施例2中所得氧化釩薄膜的紅外透射溫度特性。圖3為本發(fā)明實施例3中所得氧化釩薄膜的紅外透射溫度特性。
具體實施例方式實施例1。一種自組裝氧化釩薄膜的制備方法，包括以下步驟。(1)、對襯底先用丙酮溶液超聲清洗，再用去離子水超聲清洗，最后用無水乙醇超聲清洗后烘干；(2)、將步驟(1)中烘干后的襯底放入濃度為1%的十八烷基三氯硅烷-甲苯溶液中，靜置30分鐘取出，然后在紫外光中照射10分鐘；(3)、將V2O5和抗壞血酸溶解在水中，V2O5和抗壞血酸的質量比為1:2，加入稀HCl調整PH為5加熱至30°C攪拌30分鐘溶解為透明澄清藍色溶液A ；將質量為V2O5質量1%的醋酸鈰和質量為V2O5質量1%的仲鎢酸銨溶解在水中，加入稀HCl調整PH為5形成溶液B ；將溶液A和溶液B混合，邊混合邊攪拌加入濃度為1%的聚乙二醇，聚乙本醇的質量占溶液總質量的1.5%，然后密封陳化48小時備用；(4)、將步驟(2)中經紫外光照射后的襯底放入步驟(3)所得備用溶液中約30分鐘，提出烘干；(5)、將步驟(4)所得襯底在Ar氣中熱處理，熱處理的氬氣壓力為0. 6MPa，處理溫度為400°C，保溫時間為1小時，然后在Ar氣氛中自然冷卻到室溫。實例2。一種自組裝氧化釩薄膜的制備方法，包括以下步驟。(1)、對襯底先用丙酮溶液超聲清洗，再用去離子水超聲清洗，最后用無水乙醇超聲清洗后烘干；(2)、將步驟(1)中烘干后的襯底放入濃度為洲的十八烷基三氯硅烷-甲苯溶液中，靜置45分鐘取出，然后在紫外光中照射30分鐘；(3)、將V2O5和抗壞血酸溶解在水中，V2O5和抗壞血酸的質量比為1:3，加入稀HCl溶液和醋酸溶液調整PH為6加熱至40°C 攪拌50分鐘溶解為透明澄清藍色溶液A ；將醋酸鈰和仲鎢酸銨溶解在水中，(其中醋酸鈰的質量為V2O5質量的2%，仲鎢酸銨的質量為V2O5質量的3%)，加入稀HCl調整PH為6形成溶液B ；將溶液A和溶液B混合，邊混合邊攪拌加入濃度為洲的聚乙二醇，聚乙本醇的質量占溶液總質量的3%，然后密封陳化60小時備用；(4)、將步驟(2)中經紫外光照射后的襯底放入步驟(3)所得備用溶液中約50分鐘，提出烘干；(5)、將步驟(4)所得襯底在Ar氣中熱處理，熱處理的氬氣壓力為0. 8MPa,處理溫度為300°C，保溫時間為1. 5小時，然后在Ar氣氛中自然冷卻到室溫。實例3。一種自組裝氧化釩薄膜的制備方法，包括以下步驟。(1)、對襯底先用丙酮溶液超聲清洗，再用去離子水超聲清洗，最后用無水乙醇超聲清洗后烘干；(2)、將步驟(1)中烘干后的襯底放入濃度為4%的十八烷基三氯硅烷-甲苯溶液中，靜置60分鐘取出，然后在紫外光中照射20分鐘；(3)、將V2O5和抗壞血酸溶解在水中，V2O5和抗壞血酸的質量比為1:4，加入醋酸溶液調整PH為5加熱至50°C攪拌60分鐘溶解為透明澄清藍色溶液A ；將醋酸鈰和仲鎢酸銨溶解在水中，醋酸鈰和仲鎢酸銨的質量分別為V2O5質量的3%和5%，加入稀HCl調整PH為5形成溶液B ；將溶液A和溶液B混合， 邊混合邊攪拌加入濃度為1. 5%的聚乙二醇，聚乙本醇的質量占溶液總質量的1. 5%，然后密封陳化72小時備用；(4)、將步驟(2)中經紫外光照射后的襯底放入步驟(3)所得備用溶液中約60分鐘，提出烘干；(5)、將步驟(4)所得襯底在Ar氣中熱處理，熱處理的氬氣壓力為 0. 9MPa，處理溫度為450°C，保溫時間為2小時，然后在Ar氣氛中自然冷卻到室溫。
權利要求
1.一種自組裝氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)、對襯底先用丙酮溶液超聲清洗，再用去離子水超聲清洗，最后用無水乙醇超聲清洗后烘干；(2)、將步驟(1)中烘干后的襯底放入十八烷基三氯硅烷-甲苯溶液中，靜置30-60分鐘取出，然后在紫外光中照射；(3)、將V2O5和抗壞血酸溶解在水中，并加入稀HCl調整PH為5-6加熱至30°C_50°C攪拌30-60分鐘溶解為透明澄清藍色溶液A ；將醋酸鈰和仲鎢酸銨溶解在水中加入稀HCl調整PH為5-6形成溶液B ；將溶液A和溶液B混合，邊混合邊攪拌加入聚乙二醇，然后密封陳化48-72小時備用；(4)、將步驟(2)中經紫外光照射后的襯底放入步驟(3)所得備用溶液中約30-60分鐘， 提出烘干；(5)、將步驟(4)所得襯底在Ar氣中熱處理。
2.根據權利要求1所述的一種自組裝氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于所述步驟 (2)中十八烷基三氯硅烷-甲苯溶液的濃度為1%_4%。
3.根據權利要求1所述的一種自組裝氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中紫外光照射時間為10-30分鐘。
4.根據權利要求1所述的一種自組裝氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中V2O5和抗壞血酸的質量比為1:1.5-4。
5.根據權利要求1所述的一種自組裝氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于所述步驟 (3)中溶液A還可用醋酸溶液調整PH值。
6.根據權利要求1所述的一種自組裝氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于所述步驟 (3)中溶液A還可用稀HCl溶液和醋酸溶液調整PH值。
7.根據權利要求1所述的一種自組裝氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于所述步驟 (3)中醋酸鈰的質量為V2O5質量的1%-3%。
8.根據權利要求1所述的一種自組裝氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于所述步驟 (3)中仲鎢酸銨的質量為V2O5質量的1%-5%。
9.根據權利要求1所述的一種自組裝氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于所述步驟 (3)中聚乙二醇的濃度為1%- ，聚乙二醇的加入量為總溶液重量的1%_3%。
10.根據權利要求1所述的一種自組裝氧化釩薄膜的制備方法，其特征在于步驟(5) 中所述熱處理的氬氣壓力為0. 6MPa-0. 9 MPa，處理溫度為300°C _450°C，保溫時間為1 2 小時，然后在Ar氣氛中自然冷卻到室溫。
全文摘要
一種自組裝氧化釩薄膜的制備方法，屬于無機半導體功能材料領域。包括以下步驟對襯底先用丙酮溶液超聲清洗，再用去離子水超聲清洗，最后用無水乙醇超聲清洗后烘干；將烘干后的襯底放入十八烷基三氯硅烷-甲苯溶液中靜置后在紫外光中照射；將V2O5和抗壞血酸溶解在水中，并加入稀HCl調整pH，至透明澄清藍色溶液A；將醋酸鈰和仲鎢酸銨溶解在水中加入稀HCl調整pH形成溶液B；將溶液A和溶液B混合，邊混合邊攪拌加入聚乙二醇，然后密封陳化；將經紫外光照射后的襯底放入密封陳化后溶液中后提出烘干；最后在Ar氣中熱處理。本發(fā)明在較低溫度下合成避免高溫條件下氧化釩的毒性，簡化了前軀體的制備的工藝流程，有利于環(huán)保和操作人員的健康。
文檔編號C03C17/23GK102206048SQ20111009381
公開日2011年10月5日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權日2011年4月14日
發(fā)明者向蕓, 徐小勇, 肖嵐, 胡學兵, 鄧愛萍 申請人:徐小勇