一種溶膠凝膠法制備p型氧化錫薄膜材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提供了一種制備511〇!￡薄膜材料的方法，尤其涉及一種溶膠凝膠法制備具有 高迀移率的p型31!〇 !￡薄膜材料的方法，屬于電子、信息、顯示、半導(dǎo)體薄膜技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著信息顯示技術(shù)的高速發(fā)展，可穿戴顯示技術(shù)應(yīng)運而生，透明電子學(xué)將是未來 信息顯示技術(shù)的重要組成部分。其中，η型氧化物薄膜晶體管與P型氧化物薄膜晶體管相結(jié) 合組成的雙極性薄膜晶體管是實現(xiàn)透明電子器件的基礎(chǔ)。P型氧化物薄膜由于空穴導(dǎo)電的 特點，將其做成薄膜晶體管，將更加有利于驅(qū)動有機發(fā)光二極管高開口率像素單元。同時， P型氧化物的薄膜晶體管如果能與平板顯示技術(shù)相結(jié)合，將會使屏幕更加清晰。
[0003] 然而，現(xiàn)有研宄發(fā)現(xiàn)，P型氧化物的電學(xué)性能還遠無法與η型氧化物的電學(xué)特性能 相匹配，這大大限制了氧化物PN結(jié)、透明氧化物大規(guī)模集成電路的發(fā)展。近年來，氧化錫及 其摻雜體系被認為是應(yīng)用潛力巨大的P型氧化物。所以制備高性能、結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)穩(wěn)定 的P型31 1〇!￡透明導(dǎo)電薄膜在ρ型氧化物透明導(dǎo)電薄膜領(lǐng)域具有很大的價值和重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種溶膠凝膠法制備P型氧化錫薄膜材料的方法，解決了【背景技術(shù)】 中的不足，該方法具有多組分相能夠均勻混合、成膜均勻、成分易控制、膜的厚度較薄、成本 低、周期短等優(yōu)點，因此適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005] 實現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種溶膠凝膠法制備P型氧化錫薄膜材料的方法，包括以下步驟：（1)、將乙二醇 甲醚、二水氯化亞錫以及乙醇胺按照6. 5~7 :0. 15~0. 2:0. 8~1的摩爾比在器皿中混合 并攪拌至澄清，然后將溶液移至真空管式爐中，抽真空并充入氬氣，在80~KKTC條件下對 溶液加熱1~2小時，加熱完畢后將溶液繼續(xù)在氬氣氣氛中陳化1~2天，制得溶膠；
[0007] (2)、依次用丙酮、無水乙醇和去離子水對基片進行超聲波清洗；
[0008] (3)、將基片固定在勻膠機上，以2000~2500轉(zhuǎn)/分鐘的速度進行旋轉(zhuǎn)，在基片上 滴加溶膠，進行旋凃甩膠，旋轉(zhuǎn)時間為20~30秒，制得薄膜試樣；
[0009] (4)、甩膠結(jié)束后，將薄膜試樣移至真空管式爐中，抽真空并通入氬氣，然后對薄膜 試樣進行加熱干燥，干燥結(jié)束后自然冷卻；
[0010] (5)、重復(fù)步驟⑶和（4)，直至基片上涂覆的層數(shù)達到所需的層數(shù)；
[0011] (6)、將上步驟中所制得的薄膜試樣進行退火，退火溫度為600~650°C，保溫時間 為30~40分鐘，退火過程中的升溫速度為1~2°C /分鐘，退火完成后自然冷卻，即制得所 述P型氧化錫薄膜材料。
[0012] 步驟⑵中所述的基片為絕緣Si02/Si基片，基片的尺寸為lOmmXIOmm，基片上 SiOJl 的厚度 500nm。
[0013] 步驟（3)中勻膠機的轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分鐘，旋轉(zhuǎn)時間為20秒。
[0014] 步驟（6)中退火溫度為600°C，保溫時間為30分鐘，退火過程中的升溫速度為 rc /分鐘。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明采用了溶膠凝膠法，因此在制備 過程中多組分相能夠均勻混合、成膜均勻、成分易控制、膜的厚度較薄、成本低、周期短等優(yōu) 點，因此適合于工業(yè)化生產(chǎn)。2、采用本發(fā)明所提供的方法所制備p型氧化錫薄膜材料的方 塊電阻為2. 7X105~2. 8Χ105Ω/ □，霍爾迀移率為6~Ucm2VdS'空穴載流子濃度為 2. OX IO12~3. 6X10 1W20
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明實施例1中所制備的ρ型SnOx薄膜材料的XRD測試結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做詳細具體的說明，但是本發(fā)明的保護范圍并不局 限于以下實施例。
[0018] 實施例1
[0019] 本實施例中所提供的ρ型SnOx薄膜材料的制備方法如下：（1)、將乙二醇甲醚 0· 065mol、二水氯化亞錫0· 002mol以及乙醇胺0· Olmol，在器皿中混合并攪拌至澄清，然后 將溶液移至真空管式爐中，用機械泵將管式爐內(nèi)部環(huán)境抽氣達到所需真空狀態(tài)后，充入氬 氣。在90°C條件下對溶液加熱1. 5小時，加熱完畢后將溶液繼續(xù)在氬氣氣氛中陳化1. 5天， 制得溶膠。由于二價錫的化學(xué)性質(zhì)活潑，在空氣中就能很快被氧化，所以配置溶膠過程一定 要迅速，以免二價錫被氧化。錫的濃度太高，在退火時候離子會發(fā)生團聚現(xiàn)象，所以要濃度 盡量小。穩(wěn)定劑的用量要根據(jù)錫的用量來進行確定，太少不易形成溶膠，太多對溶膠的流動 性以及與基底的匹配性都有影響。加熱溫度以及加熱時間會影響溶膠網(wǎng)絡(luò)的形成速率，陳 化時間則會影響膠體中溶質(zhì)粒子分散性的好壞和網(wǎng)絡(luò)的形成，陳化時間太短，二價錫在溶 劑網(wǎng)絡(luò)中無法分散均勻，網(wǎng)絡(luò)形成質(zhì)量不好，進而影響溶膠的質(zhì)量。
[0020] (2)、分別用丙酮、無水乙醇、去離子水對基片進行超聲波清洗各一次。所述的基片 為絕緣Si0 2/Si基片，基片的尺寸為IOmmX 10mm，基片上5;[02層的厚度500nm。
[0021] (3)、將基片固定在勻膠機上，以2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度進行旋轉(zhuǎn)，在基片上滴加溶 膠，進行旋凃甩膠，旋轉(zhuǎn)時間為25秒，制得薄膜試樣。
[0022] (4)、甩膠結(jié)束后，將薄膜試樣移至真空管式爐中，抽真空并通入氬氣，然后對薄膜 試樣進行加熱干燥，干燥結(jié)束后自然冷卻。因為在氧含量極少的環(huán)境下進行燒結(jié)，試樣中的 碳元素很難完全燃燒，容易發(fā)生碳化，所以在低溫干燥階段盡量延長保溫時間，以將碳元素 的含量降到最低。
[0023] (5)、重復(fù)步驟⑶和（4)，直至基片上涂覆的層數(shù)達到所需的層數(shù)。
[0024] (6)、將上步驟中所制得的薄膜試樣進行退火，退火溫度為600°C，保溫時間為30 分鐘，退火過程中的升溫速度為rc /分鐘，退火完成后自然冷卻，即制得所述P型氧化錫薄 膜材料。本實施例中所制備的ρ型SnOj^膜材料XRD測試結(jié)果圖如圖1所示，SnO x薄膜有 4個明顯的衍射峰。四方SnOj^特征峰（110)，四方SnO的特征峰（002)?；蠸i的衍 射峰（021)和（311)。通過XRD檢測標定，可以確定我們的樣品是具有SnO和511〇 2的混合 膜，因此我們稱為SnOx薄膜。
[0025] 試樣制備結(jié)束后進行電學(xué)性能的測試，薄膜材料電學(xué)性能如下表所示：
[0026]
【主權(quán)項】
1. 一種溶膠凝膠法制備P型氧化錫薄膜材料的方法，其特征在于包括以下步驟：（I)、 將乙二醇甲醚、二水氯化亞錫以及乙醇胺按照6. 5~7 :0. 15~0. 2:0. 8~1的摩爾比在器 皿中混合并攪拌至澄清，然后將溶液移至真空管式爐中，抽真空并充入氬氣，在80~100°C 條件下對溶液加熱1~2小時，加熱完畢后將溶液繼續(xù)在氬氣氣氛中陳化1~2天，制得溶 膠； (2) 、依次用丙酮、無水乙醇和去離子水對基片進行超聲波清洗； (3) 、將基片固定在勻膠機上，以2000~2500轉(zhuǎn)/分鐘的速度進行旋轉(zhuǎn)，在基片上滴加 溶膠，進行旋凃甩膠，旋轉(zhuǎn)時間為20~30秒，制得薄膜試樣； (4) 、甩膠結(jié)束后，將薄膜試樣移至真空管式爐中，抽真空并通入氬氣，然后對薄膜試樣 進行加熱干燥，干燥結(jié)束后自然冷卻； (5) 、重復(fù)步驟（3)和（4)，直至基片上涂覆的層數(shù)達到所需的層數(shù)； (6) 、將上步驟中所制得的薄膜試樣進行退火，退火溫度為600~650°C，保溫時間為 30~40分鐘，退火過程中的升溫速度為1~2°C/分鐘，退火完成后自然冷卻，即制得所述 P型氧化錫薄膜材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備p型氧化錫薄膜材料的方法，其特征在于：所制備p型 氧化錫薄膜材料的方塊電阻為2. 7XIO5~2. 8X10 5D/ □，霍爾迀移率為6~Ucm2VdS' 空穴載流子濃度為2.OXIO12~3. 6X10 12CnT2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備p型氧化錫薄膜材料的方法，其特征在于：步驟（2)中 所述的基片為絕緣Si02/Si基片，基片的尺寸為IOmmX10mm，基片上SiOjl的厚度500nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備p型氧化錫薄膜材料的方法，其特征在于：步驟（3)中 勻膠機的轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分鐘，旋轉(zhuǎn)時間為20秒。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備p型氧化錫薄膜材料的方法，其特征在于：步驟（6)中 退火溫度為600°C，保溫時間為30分鐘，退火過程中的升溫速度為rc/分鐘。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種溶膠凝膠法制備p型氧化錫薄膜材料的方法，包括以下步驟：將乙二醇甲醚、二水氯化亞錫以及乙醇胺在器皿中混合，將溶液移至真空管式爐中，抽真空并充入氬氣，加熱，加熱完畢后陳化；對基片進行超聲波清洗；將基片固定在勻膠機上，在基片上滴加溶膠，進行旋凃甩膠，制得薄膜試樣；甩膠結(jié)束后，將薄膜試樣移至真空管式爐中，抽真空并通入氬氣，然后對薄膜試樣進行加熱干燥；重復(fù)上步驟直至基片上涂覆的層數(shù)達到所需的層數(shù)；退火，退火完成后自然冷卻，即制得所述p型氧化錫薄膜材料。該方法具有多組分相能夠均勻混合、成膜均勻、成分易控制、膜的厚度較薄、成本低、周期短等優(yōu)點，因此適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】C23C18-12
【公開號】CN104726851
【申請?zhí)枴緾N201510143623
【發(fā)明人】孫劍, 陳澤群, 王婷, 胡樂善
【申請人】中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月30日