專利名稱：一種Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料與器件領(lǐng)域，具體涉及一種Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅作為一種新型的II -VI族直接寬帶隙半導(dǎo)體材料，目前已經(jīng)成為半導(dǎo)體薄膜材料研究的熱點(diǎn)之一，其在室溫下的禁帶寬度為3. 37eV，與同禁帶寬度材料相比，氧化鋅具有高達(dá)60meV的激子結(jié)合能，而GaN為25meV，更容易在室溫下實(shí)現(xiàn)激子發(fā)光。氧化鋅的熔點(diǎn)為1975°C，有很好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，相對(duì)于GaN，SiC等，可在較低溫度環(huán)境下制備，能極大減少高溫制備所產(chǎn)生的缺陷，此外，還可以對(duì)其進(jìn)行濕化學(xué)法處理。ZnO在透明電極、太陽能電池、氣敏傳感器和發(fā)光器件等方面有非常重要的應(yīng)用，因此引起研究者的重視。為了使氧化鋅材料得到實(shí)際應(yīng)用，人們?cè)鴩L試用不同元素?fù)诫s氧化鋅薄膜，以改善其光電磁等性能，如摻雜Li、N、P、Ag等元素實(shí)現(xiàn)氧化鋅由η-型傳導(dǎo)變?yōu)镻-型傳導(dǎo)；摻雜Mg元素提高氧化鋅材料的禁帶寬度；摻雜Al、Ga、In元素提高其導(dǎo)電特性；摻雜B族中的Co、Ni、Mn、V等元素制備磁性材料。近年來，通過兩種或多種元素共摻雜改善氧化鋅的特性的方法倍受青睞，如N-Li、N-Al、N-Ga、N-h等摻雜氧化鋅薄膜制備ρ-型氧化鋅材料。目前，關(guān)于Ag-Li共摻雜氧化鋅的研究尚未見報(bào)道，同時(shí)考慮到銀納米顆粒具有優(yōu)良的光電性能，因此進(jìn)行Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜的探索研究具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有研究存在的空白，本發(fā)明提供一種利用溶膠凝膠法制備Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜的方法，該方法通過制備Ag-Li共摻雜鋅溶膠、清洗基片、旋涂鍍膜、熱處理，制備出高質(zhì)量的ZnO薄膜。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的技術(shù)方案按照以下步驟進(jìn)行
(1)稱取4.30-4. 39gZn(CH3COO)2 · 2Η20，溶于25mL無水乙醇中，加入與 Zn(CH3COO)2 · 2H20等摩爾的二乙醇胺，在50-70 °C的水浴條件下攪拌1_2 h后，加入摩爾比為1 (1-20)的AgNO3和LiCl繼續(xù)攪拌1_2 h，得到Ag-Li共摻雜的氧化鋅溶膠，將其在空氣中靜置陳化，上述所用試劑均為分析純；
(2)分別選用Si、ITO和玻璃作為基片，將基片依次在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲波清洗10 -15min，再用無水乙醇沖洗，之后在加熱平臺(tái)上烘干；
(3)用勻膠機(jī)將靜置陳化后得到的Ag-Li共摻雜氧化鋅溶膠在基片上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂膜， 先在800-1200r/min的轉(zhuǎn)速下向基片滴加溶膠5_10s，然后在3000 -4000r/min的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)30 s，將形成的濕膜置于加熱平臺(tái)上于120 °C溫度下加熱烘干，重復(fù)上述涂膜過程兩次；
(4)最后以5°C/min的升溫速率，在550 ！條件下在空氣中對(duì)薄膜熱處理1_2 h，得
3到Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜。本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是
1.采用溶膠凝膠法制備薄膜，成本低，沉積設(shè)備簡(jiǎn)單，易控制薄膜組分；
2.本發(fā)明方法在Ag-Li的摻雜過程中未破壞SiO的晶體結(jié)構(gòu)；
3.本發(fā)明制備的Ag-Li共摻雜SiO薄膜不僅結(jié)晶性好、表面形貌好，而且透射比較高、 導(dǎo)電性較好。


圖1是本發(fā)明的工藝流程框圖2是為本發(fā)明實(shí)施例制備的Si基片上Ag-Li共摻雜ZnO薄膜的掃描電子顯微鏡圖
片；
其中a、b、c、d、e分別表示Ag+與Li+的摻雜比例為1:20,1:10,1:5,1:2,1:1 ； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例制備的Ag-Li共摻雜ZnO薄膜的X射線衍射圖譜； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例制備的Ag-Li共摻雜SiO薄膜的透射比光譜； 圖5是本發(fā)明實(shí)施例制備的ITO基片上Ag-Li共摻雜ZnO薄膜的電流-電壓曲線圖
譜；
圖6是本發(fā)明實(shí)施例制備的Ag-Li共摻雜ZnO薄膜Ag與Li摩爾比為1 20時(shí)的透射電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例使用X’ Pert Pro型X射線衍射儀(CuJff )對(duì)樣品進(jìn)行XRD分析， 通過SSX-550型掃描電子顯微鏡表征樣品的表面形貌，通過UV759S型紫外可見光分光光度計(jì)測(cè)試樣品的光學(xué)特性，通過LK200M型電化學(xué)工作站對(duì)樣品進(jìn)行定性的伏安測(cè)試，得到共摻雜ZnO薄膜的導(dǎo)電性；
本發(fā)明實(shí)施例中所用的化學(xué)試劑均為分析純。實(shí)施例1
(1)稱取4. 39gZn (CH3COO) 2 · 2H20,溶于 25mL 無水乙醇中，加入與 Si (CH3COO) 2 · 2H20 等摩爾的二乙醇胺，在60°C的水浴條件下攪拌Ih后，加入摩爾比1 :20的AgNO3和LiCl繼續(xù)攪拌lh，得到Ag-Li共摻雜的氧化鋅溶膠，溶膠中Si2+濃度為0.8 mol/L, Li+與Si2+摩爾比為3: 100，Ag+與Li+的摩爾比為1: 20，將溶膠在空氣中靜置陳化Mh ；
(2)選用Si、ITO和玻璃作為基片，將基片先后在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲波清洗lOmin，再用無水乙醇沖洗，之后在加熱平臺(tái)上烘干；
(3)用勻膠機(jī)將得到的Ag-Li共摻雜氧化鋅溶膠在基片上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂膜，先在800r/ min的轉(zhuǎn)速下向基片滴加溶膠k，然后在3000r/min的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)30 s，將形成的濕膜置于加熱平臺(tái)上于120 °C加熱烘干，為使薄膜具有一定厚度，上述涂膜過程重復(fù)兩次；
(4)最后以5°C/min的升溫速率，在550 ！條件下于空氣中對(duì)薄膜熱處理池，得到 Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜。實(shí)施例2
(1)稱取 4. 39gZn (CH3COO) 2 · 2H20,溶于 25mL 無水乙醇中，加入與 Si (CH3COO) 2 · 2H20 等摩爾的二乙醇胺，在60°C的水浴條件下攪拌Ih后，加入摩爾比1 :10的AgNO3和LiCl繼續(xù)攪拌lh，得到Ag-Li共摻雜的氧化鋅溶膠，溶膠中Si2+濃度為0.8 mol/L, Li+與Si2+摩爾比為3: 100，Ag+與Li+的摩爾比為1: 10，將溶膠在空氣中靜置陳化Mh ；
(2)選用Si、ITO和玻璃作為基片，將基片先后在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲波清洗lOmin，再用無水乙醇沖洗，之后在加熱平臺(tái)上烘干；
(3)用勻膠機(jī)將得到的Ag-Li共摻雜氧化鋅溶膠在基片上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂膜，先在800r/ min的轉(zhuǎn)速下向基片滴加溶膠k，然后在3000r/min的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)30 s，將形成的濕膜置于加熱平臺(tái)上于120 °C加熱烘干，為使薄膜具有一定厚度，上述涂膜過程重復(fù)兩次；
(4)最后以5°C/min的升溫速率，在550 ！條件下于空氣中對(duì)薄膜熱處理池，得到 Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜。實(shí)施例3
(1)稱取4. 39gZn (CH3COO) 2 · 2H20,溶于 25mL 無水乙醇中，加入與 Si (CH3COO) 2 · 2H20 等摩爾的二乙醇胺，在60°C的水浴條件下攪拌Ih后，加入摩爾比1 :5的AgNO3和LiCl繼續(xù)攪拌lh，得到Ag-Li共摻雜的氧化鋅溶膠，溶膠中Si2+濃度為0.8 mol/L, Li+與Si2+摩爾比為3: 100，Ag+與Li+的摩爾比為1: 5，將溶膠在空氣中靜置陳化Mh ；
(2)選用Si、ITO和玻璃作為基片，將基片先后在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲波清洗lOmin，再用無水乙醇沖洗，之后在加熱平臺(tái)上烘干；
(3)用勻膠機(jī)將得到的Ag-Li共摻雜氧化鋅溶膠在基片上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂膜，先在800r/ min的轉(zhuǎn)速下向基片滴加溶膠k，然后在3000r/min的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)30 s，將形成的濕膜置于加熱平臺(tái)上于120 °C加熱烘干，為使薄膜具有一定厚度，上述涂膜過程重復(fù)兩次；
(4)最后以5°C/min的升溫速率，在550 ！條件下于空氣中對(duì)薄膜熱處理池，得到 Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜。實(shí)施例4
(1)稱取4. 39gZn (CH3COO) 2 · 2H20,溶于 25mL 無水乙醇中，加入與 Si (CH3COO) 2 · 2H20 等摩爾的二乙醇胺，在60°C的水浴條件下攪拌Ih后，加入摩爾比1 :2的AgNO3和LiCl繼續(xù)攪拌lh，得到Ag-Li共摻雜的氧化鋅溶膠，溶膠中Si2+濃度為0.8 mol/L, Li+與Si2+摩爾比為3: 100，Ag+與Li+的摩爾比為1: 2，將溶膠在空氣中靜置陳化Mh ；
(2)選用Si、ITO和玻璃作為基片，將基片先后在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲波清洗lOmin，再用無水乙醇沖洗，之后在加熱平臺(tái)上烘干；
(3)用勻膠機(jī)將得到的Ag-Li共摻雜氧化鋅溶膠在基片上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂膜，先在800r/ min的轉(zhuǎn)速下向基片滴加溶膠k，然后在3000r/min的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)30 s，將形成的濕膜置于加熱平臺(tái)上于120 °C加熱烘干，為使薄膜具有一定厚度，上述涂膜過程重復(fù)兩次；
(4)最后以5°C/min的升溫速率，在550 ！條件下于空氣中對(duì)薄膜熱處理池，得到 Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜。實(shí)施例5
(1)稱取 4. 36gZn (CH3COO) 2 · 2H20,溶于 25mL 無水乙醇中，加入與 Si (CH3COO) 2 · 2H20 等摩爾的二乙醇胺，在60°C的水浴條件下攪拌Ih后，加入摩爾比1 :1的AgNO3和LiCl繼續(xù)攪拌lh，得到Ag-Li共摻雜的氧化鋅溶膠，溶膠中Si2+濃度為0.8 mol/L, Li+與Si2+摩爾比為3: 100，Ag+與Li+的摩爾比為1: 1，將溶膠在空氣中靜置陳化Mh ；(2)選用Si、ITO和玻璃作為基片，將基片先后在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲波清洗lOmin，再用無水乙醇沖洗，之后在加熱平臺(tái)上烘干；
(3)用勻膠機(jī)將得到的Ag-Li共摻雜氧化鋅溶膠在基片上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂膜，先在800r/ min的轉(zhuǎn)速下向基片滴加溶膠k，然后在3000r/min的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)30 s，將形成的濕膜置于加熱平臺(tái)上于120 °C加熱烘干，為使薄膜具有一定厚度，上述涂膜過程重復(fù)兩次；
(4)最后以5°C/min的升溫速率，在550 ！條件下于空氣中對(duì)薄膜熱處理池，得到 Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜。對(duì)制得的Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜進(jìn)行電子顯微鏡掃描，得到的圖片如圖2所示， 由圖可見薄膜表面結(jié)構(gòu)致密，粒子尺寸大小均勻；
對(duì)制得的Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜進(jìn)行X射線衍射分析，如圖3所示，Ag-Li共摻雜ZnO 薄膜XRD衍射峰位與未摻雜ZnO —致，未出現(xiàn)其它衍射峰，表明摻雜過程未破壞ZnO的晶體結(jié)構(gòu)；
對(duì)制得的Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜進(jìn)行光學(xué)特性分析，得到如圖4所示的透射比光譜， 從圖可以看出其平均透射比都在85%以上，其中當(dāng)Ag與Li摻雜摩爾比為1: 20時(shí)，共摻雜 ZnO薄膜透光率高達(dá)95%以上，具有良好的光學(xué)性質(zhì)；
對(duì)制得的Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜進(jìn)行電學(xué)特性分析，得到如圖5所示的電流-電壓曲線圖譜。隨Ag+摻雜，薄膜導(dǎo)電性得到明顯改善。實(shí)施例6
(1)稱取4. 30gZn (CH3COO) 2 · 2H20,溶于 25mL 無水乙醇中，加入與 Si (CH3COO) 2 · 2H20 等摩爾的二乙醇胺，在50°C的水浴條件下攪拌池后，加入摩爾比1 :20的AgNO3和LiCl繼續(xù)攪拌池，得到Ag-Li共摻雜的氧化鋅溶膠，溶膠中Si2+濃度為0.8 mol/L, Li+與Si2+摩爾比為3: 100，Ag+與Li+的摩爾比為1: 20，將溶膠在空氣中靜置陳化48h ；
(2)選用Si、ITO和玻璃作為基片，將基片先后在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲波清洗15min，再用無水乙醇沖洗，之后在加熱平臺(tái)上烘干；
(3)用勻膠機(jī)將得到的Ag-Li共摻雜氧化鋅溶膠在基片上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂膜，先在1200r/ min的轉(zhuǎn)速下向基片滴加溶膠k，然后在4000r/min的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)30 s，將形成的濕膜置于加熱平臺(tái)上于120 °C加熱烘干，為使薄膜具有一定厚度，上述涂膜過程重復(fù)兩次；
(4)最后以5°C/min的升溫速率，在550 ！條件下于空氣中對(duì)薄膜熱處理lh，得到 Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜。實(shí)施例7
(1)稱取4. 39gZn (CH3COO) 2 · 2H20,溶于 25mL 無水乙醇中，加入與 Si (CH3COO) 2 · 2H20 等摩爾的二乙醇胺，在70°C的水浴條件下攪拌1. 5h后，加入摩爾比1 :10的AgNO3和LiCl繼續(xù)攪拌1. 5h,得到Ag-Li共摻雜的氧化鋅溶膠，溶膠中Si2+濃度為0. 8 mol/L, Li+與Si2+摩爾比為3: 100，Ag+與Li+的摩爾比為1:10，將溶膠在空氣中靜置陳化36h;
(2)選用Si、ITO和玻璃作為基片，將基片先后在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲波清洗12min，再用無水乙醇沖洗，之后在加熱平臺(tái)上烘干；
(3)用勻膠機(jī)將得到的Ag-Li共摻雜氧化鋅溶膠在基片上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂膜，先在IOOOr/ min的轉(zhuǎn)速下向基片滴加溶膠10s，然后在3500r/min的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)30 s，將形成的濕膜置于加熱平臺(tái)上于120 °C加熱烘干，為使薄膜具有一定厚度，上述涂膜過程重復(fù)兩次；(4)最后以5 °C/min的升溫速率，在550 ！條件下于空氣中對(duì)薄膜熱處理1.證，得到 Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜。
權(quán)利要求
1. 一種Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜的制備方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行(1)稱取4.30-4. 39gZn(CH3COO)2 · 2H20，溶于25mL無水乙醇中，加入與 Zn(CH3COO)2 · 2H20等摩爾的二乙醇胺，在50-70 °C的水浴條件下攪拌1_2 h后，加入摩爾比為1 (1-20)的AgNO3和LiCl繼續(xù)攪拌1_2 h，得到Ag-Li共摻雜的氧化鋅溶膠，將其在空氣中靜置陳化對(duì)-4他；(2)選用Si、ITO和玻璃作為基片，將基片依次在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲波清洗10 -15min，再用無水乙醇沖洗，之后在加熱平臺(tái)上烘干；(3)用勻膠機(jī)將靜置陳化后得到的Ag-Li共摻雜氧化鋅溶膠在基片上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂膜， 先在800-1200r/min的轉(zhuǎn)速下向基片滴加溶膠5_10s，然后在3000 -4000r/min的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)30 s，將形成的濕膜置于加熱平臺(tái)上于120 °C溫度下加熱烘干，重復(fù)上述涂膜過程兩次；(4)最后以5°C/min的升溫速率，在550 ！條件下在空氣中對(duì)薄膜熱處理1_2 h，得到Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料與器件領(lǐng)域，具體涉及一種Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜的制備方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)方案的要點(diǎn)是將Zn(CH3COO)2·2H2O溶于無水乙醇中，加入與Zn(CH3COO)2·2H2O等摩爾的二乙醇胺，在水浴條件下攪拌后，再按比例加入AgNO3和LiCl繼續(xù)攪拌，得到Ag-Li共摻雜的氧化鋅溶膠，用勻膠機(jī)將得到的Ag-Li共摻雜氧化鋅溶膠在基片上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂膜，然后加熱烘干，進(jìn)行熱處理，得到Ag-Li共摻雜氧化鋅薄膜。本發(fā)明制備的Ag-Li共摻雜ZnO薄膜不僅結(jié)晶性好、表面形貌好，而且透射比較高、導(dǎo)電性較好。
文檔編號(hào)C23C20/08GK102392237SQ201110329169
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者姜永輝, 巴德純, 曹青, 李建昌, 王博鋒 申請(qǐng)人:東北大學(xué)