專(zhuān)利名稱(chēng)：一種氧化硅基半導(dǎo)體納米薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)化學(xué)材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及無(wú)機(jī)多功能薄膜，具體涉及一種氧化硅 基的半導(dǎo)體納米薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體納米薄膜在傳感器光電裝置、太陽(yáng)能電池、光催化、紫外線(xiàn)屏蔽等中都具有 廣泛的應(yīng)用前景。半導(dǎo)體納米薄膜的制備及表征一直是人們研究的熱點(diǎn)，但是一直以來(lái)，在 納米薄膜的制備總存在下面的問(wèn)題由于納米顆粒因?yàn)轭w粒小，表面活性很強(qiáng)，本身的不穩(wěn) 定性，隨著時(shí)間的變化納米顆粒尺寸展寬，如在高溫使用過(guò)程中顆粒長(zhǎng)大，粉化，導(dǎo)致薄膜 的破壞，從而導(dǎo)致器件不穩(wěn)定和壽命降低，其性能下降甚至喪失。另外由于半導(dǎo)體納米顆粒 比表面積大，表面活性基團(tuán)多，在使用過(guò)程中引起其表面狀態(tài)很容易發(fā)生改變，也會(huì)導(dǎo)致器 件的不穩(wěn)定。半導(dǎo)體納米薄膜器件要求納米薄膜具有優(yōu)秀的穩(wěn)定性能。因此，穩(wěn)定的、均一 尺寸的半導(dǎo)體納米薄膜的制備一直是人們研究的熱點(diǎn)。目前，制備半導(dǎo)體納米薄膜的方法 有很多種，如離子注入法，磁控濺射、溶膠_凝膠法等。溶膠_凝膠法具有成膜均勻性好， 與襯底附著力強(qiáng)，易于原子級(jí)摻雜，簡(jiǎn)單迅速，可精確控制摻雜水平且不需要大型設(shè)備等優(yōu) 點(diǎn)，是為廣大薄膜科研工作者的重要制膜方法。但是這種方法制備的半導(dǎo)體納米薄膜一般 是無(wú)定型的，需要進(jìn)行后期高溫?zé)崽幚磉M(jìn)行晶化，但是高溫過(guò)程往往伴隨著納米顆粒團(tuán)聚 長(zhǎng)大的問(wèn)題，而且納米顆粒尺寸難以調(diào)控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種氧化硅基半導(dǎo)體納米薄膜的制備方法，該方法將經(jīng)水熱晶化發(fā)制 備的半導(dǎo)體無(wú)機(jī)氧化物納米顆粒分散到氧化硅溶膠中，再采用旋涂法或提拉法鍍膜得到氧 化硅基半導(dǎo)體納米薄膜。該方法操作簡(jiǎn)單、成本低廉，適合于大規(guī)模生產(chǎn)；所制備的氧化硅 基半導(dǎo)體納米薄膜由于半導(dǎo)體納米顆粒分散在氧化硅薄膜中，其表面被氧化硅保護(hù)，具有 優(yōu)良的穩(wěn)定性，可用于制作氣體傳感器、光催化劑、光電材料和紫外線(xiàn)屏蔽薄膜等。本發(fā)明技術(shù)方案如下一種氧化硅基半導(dǎo)體納米薄膜的制備方法，如圖1所示，包括以下步驟步驟1 采用水熱晶化法制備半導(dǎo)體無(wú)機(jī)氧化物納米顆粒。步驟2 制備氧化硅溶膠。步驟3 將步驟1所得半導(dǎo)體無(wú)機(jī)氧化物納米顆粒均勻分散到步驟2所得的氧化 硅溶膠中，得到氧化硅和半導(dǎo)體納米顆粒的復(fù)合溶膠。所述半導(dǎo)體無(wú)機(jī)氧化物納米顆粒的 加入量以質(zhì)量百分比記，為半導(dǎo)體無(wú)機(jī)氧化物納米顆粒與氧化硅溶膠中氧化硅質(zhì)量之和的
75%。步驟4 采用旋涂法或者提拉法鍍膜工藝，在襯底基片上制備步驟3所得復(fù)合溶膠 的薄膜。步驟5 后處理。將步驟4所得的復(fù)合溶膠薄膜在60 110°C下烘干，即得氧化硅基半導(dǎo)體納米薄膜。需要說(shuō)明的是1、步驟1中采用水熱晶化法所制備的半導(dǎo)體無(wú)機(jī)氧化物納米顆粒包括所有具有 半導(dǎo)體性質(zhì)的無(wú)機(jī)氧化物，包括氧化鋅、硫化鉛、二氧化錫等等。2、步驟2制備氧化硅溶膠時(shí)，以硅酸鈉或正硅酸乙酯為硅源，將硅源溶于無(wú)水乙 醇，得到硅源的乙醇溶液；然后將鹽酸的乙醇溶液和硅源的乙醇溶液混合、攪拌，直至得到 透明的氧化硅溶膠。3、步驟3制備氧化硅和半導(dǎo)體納米顆粒的復(fù)合溶膠時(shí)，采用超聲分散加攪拌的方 式，將步驟1所得半導(dǎo)體無(wú)機(jī)氧化物納米顆粒均勻分散到步驟2所得的氧化硅溶膠中；其中 攪拌時(shí)間為0. 5 5小時(shí)。4、步驟4制備復(fù)合溶膠薄膜時(shí)，可根據(jù)需要進(jìn)行多層鍍膜，以得到需要的薄膜厚度。5、鍍制多層膜時(shí)，步驟4和步驟5可交替進(jìn)行，不同層數(shù)的薄膜可采用相同的后處 理工藝條件，也可以采用在不同氣氛、不同溫度下進(jìn)行后處理，以提高薄膜性能。本發(fā)明將半導(dǎo)體無(wú)機(jī)氧化物納米顆粒分散在氧化硅薄膜中，由于氧化硅包覆于半 導(dǎo)體無(wú)機(jī)氧化物納米顆粒表面，使得氧化硅起到穩(wěn)定半導(dǎo)體無(wú)機(jī)氧化物納米顆粒的作用， 能夠避免高溫晶化引起的納米顆粒的硬團(tuán)聚，長(zhǎng)大和比表面積的下降的現(xiàn)象；本發(fā)明也可 以控制納米顆粒團(tuán)聚生長(zhǎng)，進(jìn)而控制其粒徑。由于半導(dǎo)體無(wú)機(jī)氧化物納米顆粒表面被氧化 硅保護(hù)，具有穩(wěn)定的表面性質(zhì)，所以這種氧化硅基的半導(dǎo)體納米薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性 能和穩(wěn)定性能。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，易操作，適合大規(guī)模制作。2、本發(fā)明制備的氧化硅基半導(dǎo)體納米薄膜，由于采用了氧化硅穩(wěn)定半導(dǎo)體材料， 從而表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能和穩(wěn)定性能。3、本發(fā)明制備的氧化硅基半導(dǎo)體納米薄膜應(yīng)用范圍較廣，可以用于氣體傳感器、 光催化劑、光電材料和催化劑載體等領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明提供的氧化硅基半導(dǎo)體納米薄膜的制備方法的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施方式一將13. Iml無(wú)水乙醇和IOml正硅酸乙酯混合攪拌30分鐘，得到溶液A。將13. Iml 無(wú)水乙醇、1. 6ml去離子水和0. Iml的鹽酸混合攪拌30分鐘，得到溶液B。將A和B兩種溶 液混合攪拌30分鐘，所得到的透明的氧化硅溶膠。然后加入水熱法制備的0. Olg的SnO2納 米顆粒，混合攪拌2小時(shí)形成含SnO2半導(dǎo)體納米顆粒的混合溶膠。用旋轉(zhuǎn)涂膜的方法鍍膜。 選擇轉(zhuǎn)速為3000r/min，每次滴加溶膠2滴，鍍膜一次后，在恒溫干燥箱中80°C下干燥10分 鐘，重復(fù)上述步驟至成膜為合適厚度。實(shí)施方式二
4
將39. 3ml無(wú)水乙醇和30ml正硅酸乙酯混合攪拌30分鐘，得到溶液A。將39. 3ml 無(wú)水乙醇、4. 8ml去離子水和0. 3ml的鹽酸混合攪拌30分鐘，得到溶液B。在50°C下將A和 B兩種溶液混合攪拌30分鐘，得到透明氧化硅溶膠。然后加入水熱法制備的0. 08g的ZnS 納米顆粒，混合攪拌2小時(shí)形成含ZnS的混合溶膠。用旋轉(zhuǎn)涂膜的方法鍍膜。選擇轉(zhuǎn)速為 4000r/min,每次滴加溶膠2滴，鍍膜一次后，在恒溫干燥箱中60°C下干燥10分鐘，重復(fù)上述 步驟至成膜為合適厚度。實(shí)施方式三將39. 3ml無(wú)水乙醇和30ml正硅酸乙酯混合攪拌30分鐘，得到溶液A。將39. 3ml 無(wú)水乙醇、4. 8ml去離子水和0. 3ml的鹽酸混合攪拌30分鐘，得到溶液B。在50°C下將A和 B兩種溶液混合攪拌30分鐘，得到透明氧化硅溶膠。然后加入水熱法制備的0. 15g的In2O3 半導(dǎo)體納米顆粒，超聲分散20分鐘，然后混合攪拌0. 5小時(shí)形成含In2O3半導(dǎo)體納米顆粒的 混合溶膠。用旋轉(zhuǎn)涂膜的方法鍍膜。選擇轉(zhuǎn)速為4000r/min，每次滴加溶膠1滴，鍍膜一次 后，在恒溫干燥箱中80°C下干燥10分鐘，重復(fù)上述步驟至成膜為合適厚度。實(shí)施方式四將13. Iml無(wú)水乙醇和20ml正硅酸乙酯混合攪拌20分鐘，得到溶液A。將13. Iml 無(wú)水乙醇、1. 6ml去離子水和0. 2ml的鹽酸混合攪拌20分鐘，得到溶液B。將A和B兩種溶 液混合攪拌50分鐘，所得到的透明溶膠即為氧化硅溶膠。然后加入水熱法制備的0. 02g的 CdSe半導(dǎo)體納米顆粒，混合攪拌2小時(shí)形成含CdSe半導(dǎo)體納米顆粒的混合溶膠。用旋轉(zhuǎn)涂 膜的方法鍍膜。選擇轉(zhuǎn)速為3000r/min，每次滴加溶膠2滴，鍍膜一次后，在恒溫干燥箱中 60°C下干燥10分鐘，重復(fù)上述步驟至成膜為合適厚度。
權(quán)利要求
一種氧化硅基半導(dǎo)體納米薄膜的制備方法，包括以下步驟步驟1采用水熱晶化法制備半導(dǎo)體無(wú)機(jī)氧化物納米顆粒；步驟2制備氧化硅溶膠；步驟3將步驟1所得半導(dǎo)體無(wú)機(jī)氧化物納米顆粒均勻分散到步驟2所得的氧化硅溶膠中，得到氧化硅和半導(dǎo)體納米顆粒的復(fù)合溶膠；所述半導(dǎo)體無(wú)機(jī)氧化物納米顆粒的加入量以質(zhì)量百分比記，為半導(dǎo)體無(wú)機(jī)氧化物納米顆粒與氧化硅溶膠中氧化硅質(zhì)量之和的1％～75％；步驟4采用旋涂法或者提拉法鍍膜工藝，在襯底基片上制備步驟3所得復(fù)合溶膠的薄膜；步驟5后處理；將步驟4所得的復(fù)合溶膠薄膜在60～110℃下烘干，即得氧化硅基半導(dǎo)體納米薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化硅基半導(dǎo)體納米薄膜的制備方法，其特征在于，步驟1中 采用水熱晶化法所制備的半導(dǎo)體無(wú)機(jī)氧化物納米顆粒包括所有具有半導(dǎo)體性質(zhì)的無(wú)機(jī)氧 化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化硅基半導(dǎo)體納米薄膜的制備方法，其特征在于，步驟2制 備氧化硅溶膠時(shí)，以硅酸鈉或正硅酸乙酯為硅源，將硅源溶于無(wú)水乙醇，得到硅源的乙醇溶 液；然后將鹽酸的乙醇溶液和硅源的乙醇溶液混合、攪拌，直至得到透明的氧化硅溶膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化硅基半導(dǎo)體納米薄膜的制備方法，其特征在于，步驟3制 備氧化硅和半導(dǎo)體納米顆粒的復(fù)合溶膠時(shí)，采用超聲分散加攪拌的方式，將步驟1所得半 導(dǎo)體無(wú)機(jī)氧化物納米顆粒均勻分散到步驟2所得的氧化硅溶膠中；其中攪拌時(shí)間為0. 5 5小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化硅基半導(dǎo)體納米薄膜的制備方法，其特征在于，步驟4制 備復(fù)合溶膠薄膜時(shí)，可根據(jù)需要進(jìn)行多層鍍膜，以得到需要的薄膜厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氧化硅基半導(dǎo)體納米薄膜的制備方法，其特征在于，鍍制多 層膜時(shí)，步驟4和步驟5交替進(jìn)行，不同層數(shù)的薄膜采用相同的后處理工藝條件；或在不同 氣氛、不同溫度下進(jìn)行后處理，以提高薄膜性能。
全文摘要
一種氧化硅基半導(dǎo)體納米薄膜的制備方法，屬于無(wú)機(jī)化學(xué)材料技術(shù)領(lǐng)域。該方法將經(jīng)水熱晶化發(fā)制備的半導(dǎo)體無(wú)機(jī)氧化物納米顆粒分散到氧化硅溶膠中，再采用旋涂法或提拉法鍍膜得到氧化硅基半導(dǎo)體納米薄膜。該方法操作簡(jiǎn)單、成本低廉，適合于大規(guī)模生產(chǎn)；所制備的氧化硅基半導(dǎo)體納米薄膜由于半導(dǎo)體納米顆粒分散在氧化硅薄膜中，其表面被氧化硅保護(hù)，具有優(yōu)良的穩(wěn)定性，可用于制作氣體傳感器、光催化劑、光電材料和紫外線(xiàn)屏蔽薄膜等。
文檔編號(hào)B82B3/00GK101973513SQ201010269008
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者李志杰, 祖小濤 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)