一種基于微晶玻璃襯底制備厚膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于微晶玻璃襯底制備厚膜的方法。以微晶玻璃為襯底材料，利用微晶玻璃中均勻分布的微晶相作為形核生長的活性位點(diǎn)，通過水浴法在微晶玻璃上生長厚膜，其厚度最大可達(dá)1-10微米。具體制備步驟包括：配制所需的前驅(qū)體水溶液；將微晶玻璃襯底置于前驅(qū)體水溶液中，在微晶玻璃表面生長晶體材料，得到厚膜。本發(fā)明中所需的微晶玻璃襯底制備工藝簡單，容易加工成型，且可獲得大的尺寸面積；利用該方法生長材料適用于多種晶體材料體系，克服了傳統(tǒng)玻璃襯底上生長晶體存在的效率低、生長過程不易控制的缺點(diǎn)，易于大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說明】一種基于微晶玻璃襯底制備厚膜的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及材料生長制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地涉及一種基于微晶玻璃襯底制備厚膜 的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 玻璃材料具有成本低、容易加工成型和可大面積生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種良好 的生長膜材料的基質(zhì)材料，在半導(dǎo)體薄膜制備領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。通過簡單的水浴法，研究 者們可以在玻璃襯底上生長出多種材料，如氧化鋅和氧化銀等。但是由于玻璃材料本身是 無序非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，這不利于晶體材料生長所需的形核和長大兩個(gè)過程，因此，基于傳統(tǒng)玻璃 材料的膜生長方法存在生長效率低和生長過程不易控制等問題，難以真正制備出滿足工業(yè) 實(shí)際要求厚度的膜材料，這嚴(yán)重限制了玻璃材料在膜生長基質(zhì)材料方面的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 克服傳統(tǒng)玻璃襯底作為晶體生長的基質(zhì)材料存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供 一種基于微晶玻璃襯底制備厚膜的方法。本發(fā)明利用微晶玻璃材料這一類在連續(xù)的玻璃相 中分布有微晶相的復(fù)合材料，它的制備方法非常簡單，通常只需在熔融法形成玻璃的基礎(chǔ) 上經(jīng)過后續(xù)的熱處理，使其析出微晶即可。另外，利用這些微晶相能夠?yàn)榫w生長提供了一 個(gè)良好的生長位點(diǎn)，降低了形核和生長的能量勢壘，大大提高材料生長效率，能夠?qū)崿F(xiàn)高效 可控地生長出不同材料體系的厚膜。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是： 以微晶玻璃為襯底材料，利用微晶玻璃中均勻分布的微晶相作為形核生長的活性位 點(diǎn)，通過水浴法在微晶玻璃上生長厚膜。
[0005] 所述的厚膜的最大厚度為1-10微米。
[0006] 所述的厚膜的具體制備步驟包括： 1) 配制所需的前驅(qū)體水溶液，前驅(qū)體的濃度為l-l〇〇g/L ; 2) 將微晶玻璃襯底置于前驅(qū)體水溶液中，在70-90°C下反應(yīng)1-3小時(shí)，在微晶玻璃表面 生長晶體材料，得到厚膜。
[0007] 所述的厚膜的最大厚度為1-10微米。
[0008] 所述的微晶玻璃的玻璃相為硼酸鹽玻璃，微晶相為二氧化鈦。
[0009] 所述的微晶相為納米微晶相，納米微晶相的尺寸為l-100nm。
[0010] 所述的晶體材料為氧化物晶體材料或者氫氧化物晶體材料。
[0011] 所述的氧化物晶體材料的氧化物為氧化銀、氧化鋅、氧化鈷、氧化錫或者氧化亞 錫。
[0012] 所述的氫氧化物晶體材料的氫氧化物為氫氧化鐵、氫氧化銅、氫氧化釔、氫氧化 鎳、氫氧化鎂、氫氧化鋁、氫氧化銦或者羥基磷灰石。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是： 本發(fā)明中所需的微晶玻璃襯底制備工藝簡單，容易加工成型，且可獲得大的尺寸面積； 利用該方法生長材料適用于多種晶體材料體系，克服了傳統(tǒng)玻璃襯底上生長晶體存在的效 率低、生長過程不易控制的缺點(diǎn)，易于大規(guī)模生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為實(shí)施例1中微晶玻璃的透射電子顯微鏡照片。
[0015] 圖2為實(shí)施例1中在玻璃和微晶玻璃襯底上生長的氧化鋅厚膜的掃描電子顯微鏡 照片。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明作示例性的說明及幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明， 但實(shí)施案例具體細(xì)節(jié)僅是為了說明本發(fā)明，并不代表本發(fā)明構(gòu)思下全部的技術(shù)方案，因此 不應(yīng)理解為對本發(fā)明總的技術(shù)方案的限定，一些在技術(shù)人員看來，不偏離本發(fā)明構(gòu)思的非 實(shí)質(zhì)性增加和改動，例如以具有相同或相似技術(shù)效果的技術(shù)特征簡單改換或替換，均屬于 本發(fā)明保護(hù)范圍。
[0017] 本發(fā)明以微晶玻璃為襯底材料，利用微晶玻璃中均勻分布的微晶相作為形核生長 的活性位點(diǎn)，通過水浴法在微晶玻璃上生長厚膜。
[0018] 上述厚膜的最大厚度為1-10微米。
[0019] 本發(fā)明的厚膜的具體制備步驟包括： 1) 配制晶體材料生長所需的前驅(qū)體水溶液，前驅(qū)體的濃度為l-l〇〇g/L ; 2) 將微晶玻璃襯底置于前驅(qū)體水溶液中，在70-90°C下反應(yīng)1-3小時(shí)，在微晶玻璃表面 生長晶體材料，得到厚膜，其最大厚度為1-10微米。
[0020] 優(yōu)選地，微晶玻璃的玻璃相為硼酸鹽玻璃，微晶相為二氧化鈦。
[0021] 上述微晶相為納米微晶相，納米微晶相的尺寸為l-l〇〇nm。
[0022] 優(yōu)選的晶體材料為氧化物晶體材料或者氫氧化物晶體材料。
[0023] 優(yōu)選的氧化物晶體材料的氧化物為氧化銀、氧化鋅、氧化鈷、氧化錫或者氧化亞 錫。
[0024] 優(yōu)選的氫氧化物晶體材料的氫氧化物為氫氧化鐵、氫氧化銅、氫氧化釔、氫氧化 鎳、氫氧化鎂、氫氧化鋁、氫氧化銦或者羥基磷灰石。
[0025] 本發(fā)明的具體實(shí)施例如下： 本發(fā)明實(shí)施例的玻璃和微晶玻璃組分為ASBA-XiBaO-XJnO-XMlA-lOTiC^，其中 BaO、ZnO、和A1203三個(gè)次要組分的含量Χρ X2和X3可在5-15%范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。
[0026] 實(shí)施例1 : 采用的玻璃和微晶玻璃組分均為65B203-10Ba0-10Zn0-5Al20 3-10Ti02。
[0027] 1)采用熔融法制備兩塊上述組分的玻璃。準(zhǔn)確稱取玻璃組分中的各成分，在1350 °C下融熔30分鐘，最后淬冷形成玻璃； 2)將其中一塊玻璃在615°C下進(jìn)行熱處理2小時(shí)，析出二氧化鈦微晶相，得到二氧化鈦 微晶玻璃，通過微晶玻璃的透射電子顯微鏡照片證實(shí)玻璃中的確析出了二氧化鈦微晶相， 如圖1所示； 3)稱取0. 175g醋酸鋅溶于10ml水中，將步驟1)和2)中制備的玻璃和微晶玻璃置于 醋酸鋅溶液中，80°C下反應(yīng)2小時(shí)，在玻璃和微晶玻璃表面得到不同厚度的氧化鋅。
[0028] 對比在玻璃和微晶玻璃襯底上生長的氧化鋅膜材料的掃描電子顯微鏡照片，發(fā)現(xiàn) 在微晶玻璃襯底上生長的氧化鋅達(dá)到5微米，這比在玻璃襯底上生長的氧化鋅（1. 3微米） 更加厚，如圖2所示。
[0029] 實(shí)施例2 : 玻璃和微晶玻璃組分與實(shí)施例1相同，并且制備的反應(yīng)條件和工藝均與實(shí)施例1相同， 不同的是實(shí)施例2中所生長的晶體材料改為氧化銀。
[0030] 稱取0. 042g硝酸銀溶于10ml水中，將玻璃和微晶玻璃置于該硝酸銀溶液中，75°C 下反應(yīng)2小時(shí)，在玻璃和微晶玻璃表面得到不同厚度的氧化銀。
[0031] 對比在玻璃和微晶玻璃襯底上生長的氧化銀的厚度，發(fā)現(xiàn)在微晶玻璃襯底上生長 的氧化銀達(dá)到2. 3微米，這比在玻璃襯底上生長的氧化銀（0. 7微米）更加厚。
[0032] 實(shí)施例3 : 玻璃和微晶玻璃組分與實(shí)施例1相同，并且制備的反應(yīng)條件和工藝均與實(shí)施例1相同， 不同的是實(shí)施例4中所生長的晶體材料改為氧化鈷。稱取lg醋酸鈷溶于10ml水中，將玻 璃和微晶玻璃置于醋酸鈷溶液中，70°C下反應(yīng)3小時(shí)，在玻璃和微晶玻璃表面得到不同厚 度的氧化鈷。
[0033] 對比在玻璃和微晶玻璃襯底上生長的氧化鈷膜材料的厚度，發(fā)現(xiàn)在微晶玻璃襯底 上生長的氧化鈷達(dá)到10微米，這比在玻璃襯底上生長的氧化鈷（2微米）更加厚。
[0034] 實(shí)施例4 : 玻璃和微晶玻璃組分與實(shí)施例1相同，并且制備的反應(yīng)條件和工藝均與實(shí)施例1相同， 不同的是實(shí)施例5中所生長的晶體材料改為氫氧化鐵。稱取0. Olg氯化鐵溶于10ml水中， 將步玻璃和微晶玻璃置于該氯化鐵溶液中，90°C下反應(yīng)3小時(shí)，在玻璃和微晶玻璃表面得 到不同厚度的氫氧化鐵。
[0035] 對比在玻璃和微晶玻璃襯底上生長的氫氧化鐵的厚度，發(fā)現(xiàn)在微晶玻璃襯底上生 長的氫氧化鐵達(dá)到1微米，這比在玻璃襯底上生長的氫氧化鐵（〇. 2微米）更加厚。
[0036] 以上實(shí)施實(shí)例及其實(shí)驗(yàn)證明，基于微晶玻璃襯底的晶體生長方法適用于多種晶體 材料生長，克服了傳統(tǒng)玻璃襯底上生長晶體存在的效率低、生長過程不易控制的缺點(diǎn)，易于 大規(guī)模生產(chǎn)。
[0037] 上述【具體實(shí)施方式】用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的 精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于微晶玻璃襯底制備厚膜的方法，其特征在于：以微晶玻璃為襯底材料，利 用微晶玻璃中均勻分布的微晶相作為形核生長的活性位點(diǎn)，通過水浴法在微晶玻璃上生長 厚膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微晶玻璃襯底制備厚膜的方法，其特征在于：所述 的厚膜的最大厚度為1-10微米。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微晶玻璃襯底制備厚膜的方法，其特征在于：所述 的厚膜的具體制備步驟包括： 1) 配制所需的前驅(qū)體水溶液，前驅(qū)體的濃度為l-l〇〇g/L ; 2) 將微晶玻璃襯底置于前驅(qū)體水溶液中，在70-90°C下反應(yīng)1-3小時(shí)，在微晶玻璃表面 生長晶體材料，得到厚膜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3任一所述的一種基于微晶玻璃襯底制備厚膜的方法，其特征在 于：所述的厚膜的最大厚度為1-10微米。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1?3任一所述的一種基于微晶玻璃襯底制備厚膜的方法，其特征在 于：所述的微晶玻璃的玻璃相為硼酸鹽玻璃，微晶相為二氧化鈦。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1?3任一所述的一種基于微晶玻璃襯底制備厚膜的方法，其特征在 于：所述的微晶相為納米微晶相，納米微晶相的尺寸為l-l〇〇nm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1?3任一所述的一種基于微晶玻璃襯底制備厚膜的方法，其特征在 于：所述的晶體材料為氧化物晶體材料或者氫氧化物晶體材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7任一所述的一種基于微晶玻璃襯底制備厚膜的方法，其特征在于： 所述的氧化物晶體材料的氧化物為氧化銀、氧化鋅、氧化鈷、氧化錫或者氧化亞錫。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7任一所述的一種基于微晶玻璃襯底制備厚膜的方法，其特征在于： 所述的氫氧化物晶體材料的氫氧化物為氫氧化鐵、氫氧化銅、氫氧化釔、氫氧化鎳、氫氧化 鎂、氫氧化鋁、氫氧化銦或者羥基磷灰石。
【文檔編號】C03C17/25GK104193183SQ201410375766
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】周時(shí)鳳, 鄭彬彬, 郭強(qiáng)兵 申請人:浙江大學(xué)