專利名稱：一種單晶硅表面氨基硅烷-硫化釤薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硫化釤薄膜的制備方法，具體涉及一種單晶硅表面氨基硅烷-硫化釤薄膜的制備方法。是一種能夠制備出均勻，致密，低缺陷，強(qiáng)度高，不需后期晶化處理的納米薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
SmS晶體為立方結(jié)構(gòu)，是一種壓變色材料。在常溫常壓下是黑色的半導(dǎo)體 (S-SmS)，其晶格參數(shù)為0. 597nm，在6. 5X IO8Pa的靜壓力下，SmS晶體會(huì)經(jīng)歷從半導(dǎo)體相向金屬相(M-SmS)的相變。晶格常數(shù)從0. 597nm減少到0. 570nm左右；而且，晶體顏色將從黑色變?yōu)榻瘘S色，體積收縮大約在16%左右[Jayaraman A，Narayanamurti V，Bucher Eetal. Continuous and Discontinuous Semiconductor-metal Tran-sition inSamarium Monochalcogenides Under Pressure [J]. Phy Rev Lett. 1970,25(20) :1430. ]。SmS 的薄膜透過(guò)為綠色，反射則為藍(lán)色或者是偏藍(lán)的黑色，發(fā)生相轉(zhuǎn)變后，它會(huì)變成藍(lán)色的透過(guò)色和金黃色的反射色[Hickey C F, Gibson U J. Optical Response of Switching SmS in ThinFilms Prepared by Reactive Evaporation[J]. J Appl Phys. 1987,62(9) :3912 3916]。因此，具有壓變色性質(zhì)的SmS可以用于全息記錄和貯存器、光學(xué)開(kāi)關(guān)和光學(xué)數(shù)字貯存器等。到目前為止，制備硫化釤薄膜的方法有反應(yīng)性蒸鍍[Petrov M P. Holographies Storage in SmSThin Films [J]. Optics Communications. 1977,22(3) :293 296]、真空沉積、電子束蒸鍍、雙靶濺射等[黃劍鋒，馬小波等.SmS光學(xué)薄膜研究新進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào).2006,20(9) :9 12]。這些制備工藝已經(jīng)比較成熟，但是需要的設(shè)備比較特殊，昂貴； 制備工藝復(fù)雜，條件苛刻等因素，使得制備硫化釤薄膜的成本太高，不能簡(jiǎn)單快速的制備性能良好的薄膜。自組裝(Self-assembled monolayers)技術(shù)(簡(jiǎn)稱SAMs技術(shù))，是一種制備薄膜的新技術(shù)，通過(guò)表面活性劑與基底之間的化學(xué)吸附作用，在基板材料上自組形成排列整齊，致密，有序的單分子膜層。以自組裝膜為模板誘導(dǎo)無(wú)機(jī)前軀體溶液在基底表面沉積成膜的仿生合成制膜技術(shù)，具有傳統(tǒng)物理化學(xué)方法無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，是一種極具應(yīng)用前景的新型、高效的綠色制膜技術(shù)[談國(guó)強(qiáng)，劉劍，賀中亮.自組裝單層膜技術(shù)及其在制備功能薄膜領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].陶瓷.2009，7:9 13]。這種制膜方法操作簡(jiǎn)便，成本低，不需特殊設(shè)備，且制備出的薄膜均勻、致密、低缺陷，強(qiáng)度高，結(jié)合力好，不需后期晶化處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種單晶硅表面氨基硅烷-硫化釤薄膜的制備方法。本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，制備出的薄膜均勻，致密，低缺陷，強(qiáng)度高，結(jié)合力好，不需后期晶化處理，性能良好。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的具體方法如下1)取0. 1 10. Oml濃度為0. lmol/L的二碘化釤的四氫呋喃溶液置于燒杯中，再向燒杯中加入IO-SOmL的四氫呋喃攪拌均勻得溶液A ；
2)向溶液A中加入0. 1-2. Og的EDTA (乙二胺四乙酸)，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入0. 01-10. OOg分析純的硫脲(CH4N2S)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至2. 5 4. 5得前驅(qū)液D ；5)將羥基化的硅基板置于體積濃度為0. 5 1. 5%的APTS (3-氨丙基甲基三乙氧基硅烷)的無(wú)水甲醇溶液中在室溫下浸泡10 360min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗， 然后用氮?dú)獯蹈?，在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下于210 230°C干燥10 30min ；6)將干燥后硅基板放在紫外照射儀中，紫外光輻射波長(zhǎng)184. 9nm，在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為1 2cm，照射60 120min，使APTS頭基的氨基在紫外光的照射下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到APTS功能化的硅基板；7)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在30 60°C下沉積20 50h制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中50 90°C干燥15 30min得硫化釤納米薄膜。所述的羥基化的硅基板是先將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩30 360min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用N2吹干，然后在紫外線照射儀中，照射30 50min得羥基化的硅基板。由于本發(fā)明采用液相自組裝方法，制得的硫化釤納米薄膜，均勻，致密，低缺陷，強(qiáng)度高，并且通過(guò)控制前驅(qū)液濃度、PH值以及沉積時(shí)間可以控制薄膜厚度和晶粒大小。這種方法制備的硫化釤納米薄膜重復(fù)性高，易于大面積制膜。且操作方便，原料易得，制備成本較低。


圖1為實(shí)施例1所制備的硫化釤薄膜XRD圖譜；圖2為實(shí)施例1所制備的硫化釤薄膜的FESEM圖。
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)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1:1)取0. Iml濃度為0. lmol/L的二碘化釤的四氫呋喃溶液置于燒杯中，再向燒杯中加入20mL的四氫呋喃攪拌均勻得溶液A ；2)向溶液A中加入0. Ig的EDTA (乙二胺四乙酸)，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入0. 05g分析純的硫脲(CH4N2S)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至2. 5得前驅(qū)液D ；5)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩60min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用隊(duì)吹干，然后在紫外線照射儀中，照射30min得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為0. 5%的APTS (3-氨丙基甲基三乙氧基硅烷) 的無(wú)水甲醇溶液中在室溫下浸泡60min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈?，在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下于210°C干燥30min ；6)將干燥后硅基板放在紫外照射儀中，紫外光輻射波長(zhǎng)184. 9nm，在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為1cm，照射60min，使APTS頭基的氨基在紫外光的照射下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到APTS功能化的硅基板；7)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在30°C下沉積50h制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中50°C干燥30min得硫化釤納米薄膜。將該實(shí)施例制備的硫化釤薄膜用日本理學(xué)D/maX2200PC型自動(dòng)X-射線衍射儀進(jìn)行測(cè)定，如圖1所示，將所制備的硫化釤薄膜在JSM-6700F場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡下(圖2) 進(jìn)行觀察。從圖1中可以看出在晶面(331)出現(xiàn)明顯的SmS的衍射峰，從圖2中可以看出薄膜表面均勻且致密。實(shí)施例2 1)取0. 5ml濃度為0. lmol/L的二碘化釤的四氫呋喃溶液置于燒杯中，再向燒杯中加入IOmL的四氫呋喃攪拌均勻得溶液A ；2)向溶液A中加入0. 5g的EDTA (乙二胺四乙酸)，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入0. Olg分析純的硫脲(CH4N2S)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至3得前驅(qū)液D ；5)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩30min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用隊(duì)吹干，然后在紫外線照射儀中，照射50min得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為0. 8%的APTS (3-氨丙基甲基三乙氧基硅烷) 的無(wú)水甲醇溶液中在室溫下浸泡360min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈桑诘獨(dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下于220°C干燥20min ；6)將干燥后硅基板放在紫外照射儀中，紫外光輻射波長(zhǎng)184. 9nm，在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為2cm，照射80min，使APTS頭基的氨基在紫外光的照射下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到APTS功能化的硅基板；7)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在50°C下沉積30h制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中70°C干燥20min得硫化釤納米薄膜。實(shí)施例3 1)取3. Oml濃度為0. lmol/L的二碘化釤的四氫呋喃溶液置于燒杯中，再向燒杯中加入40mL的四氫呋喃攪拌均勻得溶液A ；2)向溶液A中加入0.8g的EDTA (乙二胺四乙酸)，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入0. Sg分析純的硫脲(CH4N2S)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至3. 5得前驅(qū)液D ；5)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩120min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用N2吹干，然后在紫外線照射儀中，照射40min得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為1. 0%的APTS (3-氨丙基甲基三乙氧基硅烷) 的無(wú)水甲醇溶液中在室溫下浸泡180min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈?，在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下于230°C干燥IOmin ；6)將干燥后硅基板放在紫外照射儀中，紫外光輻射波長(zhǎng)184. 9nm，在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為1. 5cm,照射90min，使APTS頭基的氨基在紫外光的照射下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到APTS功能化的硅基板；7)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在40°C下沉積40h制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中90°C干燥15min得硫化釤納米薄膜。實(shí)施例4 1)取5. Oml濃度為0. lmol/L的二碘化釤的四氫呋喃溶液置于燒杯中，再向燒杯中加入50mL的四氫呋喃攪拌均勻得溶液A ；2)向溶液A中加入1. 5g的EDTA (乙二胺四乙酸)，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入3. OOg分析純的硫脲(CH4N2S)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至4. 0得前驅(qū)液D ；5)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩ISOmin后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用N2吹干，然后在紫外線照射儀中，照射35min得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為1. 2%的APTS (3-氨丙基甲基三乙氧基硅烷) 的無(wú)水甲醇溶液中在室溫下浸泡MOmin，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈?，在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下于215°C干燥25min ；6)將干燥后硅基板放在紫外照射儀中，紫外光輻射波長(zhǎng)184. 9nm，在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為2cm，照射120min，使APTS頭基的氨基在紫外光的照射下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到APTS功能化的硅基板；7)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在360°C下沉積20h制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中80°C干燥25min得硫化釤納米薄膜。實(shí)施例5 1)取8. Oml濃度為0. lmol/L的二碘化釤的四氫呋喃溶液置于燒杯中，再向燒杯中加入SOmL的四氫呋喃攪拌均勻得溶液A ；2)向溶液A中加入1. 3g的EDTA (乙二胺四乙酸)，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入7. OOg分析純的硫脲(CH4N2S)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至4. 5得前驅(qū)液D ；5)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩^Omin后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用N2吹干，然后在紫外線照射儀中，照射45min得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為1. 3%的APTS (3-氨丙基甲基三乙氧基硅烷) 的無(wú)水甲醇溶液中在室溫下浸泡120min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈?，在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下于225°C干燥15min ；6)將干燥后硅基板放在紫外照射儀中，紫外光輻射波長(zhǎng)184. 9nm，在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為1. 5cm，照射lOOmin，使APTS頭基的氨基在紫外光的照射下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到APTS功能化的硅基板；7)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在45°C下沉積3 制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中60°C干燥30min得硫化釤納米薄膜。實(shí)施例6
1)取10. Oml濃度為0. lmol/L的二碘化釤的四氫呋喃溶液置于燒杯中，再向燒杯中加入60mL的四氫呋喃攪拌均勻得溶液A ；2)向溶液A中加入1. 3g的EDTA (乙二胺四乙酸)，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入10. OOg分析純的硫脲(CH4N2S)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至4得前驅(qū)液D ；5)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩360min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用N2吹干，然后在紫外線照射儀中，照射40min得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為1. 5%的APTS (3-氨丙基甲基三乙氧基硅烷) 的無(wú)水甲醇溶液中在室溫下浸泡lOmin，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈桑诘獨(dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下于210°C干燥30min ；6)將干燥后硅基板放在紫外照射儀中，紫外光輻射波長(zhǎng)184. 9nm，在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為1cm，照射70min，使APTS頭基的氨基在紫外光的照射下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到APTS功能化的硅基板；7)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在55°C下沉積40h制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中85°C干燥25min得硫化釤納米薄膜。
權(quán)利要求
1.一種單晶硅表面氨基硅烷-硫化釤薄膜的制備方法，其特征在于1)取0.1 10. Oml濃度為0. lmol/L的二碘化釤的四氫呋喃溶液置于燒杯中，再向燒杯中加入IO-SOmL的四氫呋喃攪拌均勻得溶液A ；2)向溶液A中加入0.1-2. Og的EDTA (乙二胺四乙酸)，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入0.01-10. OOg分析純的硫脲(CH4N2S)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至2.5 4. 5得前驅(qū)液D ；5)將羥基化的硅基板置于體積濃度為0.5 1. 5%的APTS (3-氨丙基甲基三乙氧基硅烷)的無(wú)水甲醇溶液中在室溫下浸泡10 360min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈?，在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下于210 230°C干燥10 30min ；6)將干燥后硅基板放在紫外照射儀中，紫外光輻射波長(zhǎng)184.9nm，在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為1 2cm，照射60 120min，使APTS頭基的氨基在紫外光的照射下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到APTS功能化的硅基板；7)將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在30 60°C下沉積20 50h制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中50 90°C干燥15 30min得硫化釤納米薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶硅表面氨基硅烷-硫化釤薄膜的制備方法，其特征在于 所述的羥基化的硅基板是先將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩30 360min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用N2吹干，然后在紫外線照射儀中，照射30 50min得羥基化的硅基板。
全文摘要
一種單晶硅表面氨基硅烷-硫化釤薄膜的制備方法，在二碘化釤的四氫呋喃溶液中加入EDTA得溶液B；向溶液B中加入硫脲得溶液C；用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至2.5～4.5得前驅(qū)液D；將前驅(qū)液D置于燒杯中，再將功能化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中沉積制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中干燥得硫化釤納米薄膜。由于本發(fā)明采用液相自組裝方法，制得的硫化釤納米薄膜，均勻，致密，低缺陷，強(qiáng)度高，并且通過(guò)控制前驅(qū)液濃度、pH值以及沉積時(shí)間可以控制薄膜厚度和晶粒大小。這種方法制備的硫化釤納米薄膜重復(fù)性高，易于大面積制膜。且操作方便，原料易得，制備成本較低。
文檔編號(hào)C04B41/50GK102503552SQ201110375588
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者侯艷超, 劉佳, 吳建鵬, 曹麗云, 殷立雄, 黃劍鋒 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)