一種氧化錫基薄膜材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體薄膜技術領域,具體涉及一種氧化錫基薄膜材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著信息顯示技術的高速發(fā)展,氧化物半導體在許多應用領域中都得到了廣泛的關注。在過去幾十年里,η型氧化物半導體在材料制備以及器件的應用中取得了巨大的成功,但是Ρ型氧化物半導體的發(fā)展還非常滯后。
[0003]η型氧化物薄膜晶體管與ρ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。此外,Ρ型氧化物薄膜晶體管更有利于驅(qū)動有機發(fā)光二極管高開口率像素單元。同時,ρ型氧化物的薄膜晶體管與平板顯示技術相結(jié)合,將會使屏幕更加清晰。氧化錫及其摻雜體系被認為是應用潛力巨大的Ρ型氧化物。
[0004]由于ρ型氧化錫基薄膜的諸多優(yōu)點以及其潛在的市場價值,近年來相關報道層出不窮。但是從制備方法上來看,研究人員幾乎采用的都是諸如磁控濺射法等物理方法,而且制備環(huán)境均為高真空條件,薄膜制備成本高昂。
[0005]采用化學法制備ρ型氧化錫基薄膜材料,制備成本低廉、制備工藝簡單、適合于工業(yè)化生產(chǎn)。化學法制備性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)穩(wěn)定的Ρ型Sn0:jt明導電薄膜在ρ型氧化物透明導電薄膜領域具有重要的研究價值和市場價值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明目的在于提供一種氧化錫基薄膜材料的制備方法,其成本低,性能好,并且制備過程的真空度條件不需太高,縮小了 P型氧化物器件與η型氧化物器件的性能差距,適合工業(yè)生產(chǎn)。
[0007]為達到上述目的,采用技術方案如下:
[0008]—種氧化錫基薄膜材料的制備方法,包括以下步驟:
[0009]1)將乙二醇甲醚、二水合氯化亞錫、乙醇胺按照(10?11): (0.15?0.2): (0.7?1)的摩爾比混合并攪拌至澄清,移至真空管式爐中抽真空并充入氬氣,在60?80°C條件下加熱15?30min,加熱完畢后繼續(xù)在氬氣氣氛中陳化1?2天,制得溶膠;
[0010]2)將基片固定在勻膠機上,以2000?2500轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋轉(zhuǎn),在基片上滴加上述溶膠旋凃甩膠,旋轉(zhuǎn)時間為20?30秒,制得薄膜試樣;
[0011]3)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;
[0012]4)向真空管式爐內(nèi)通入甲醛蒸氣形成甲醛氣氛,以1?3°C /分鐘速率升溫,至退火溫度600?650°C保溫10?30min,退火完成后自然冷卻,即制得ρ型氧化錫基薄膜材料。
[0013]按上述方案,所述基片為絕緣Si02/Si基片,基片的尺寸為lOmmX 10mm,基片上S1jl 的厚度 500nm。
[0014]按上述方案,所述基片在使用前依次用丙酮、無水乙醇和去離子水進行超聲波清洗。
[0015]按上述方案,步驟3)中所述干燥溫度為200 °C,干燥時間為15-20min。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:
[0017]本發(fā)明采用了溶膠凝膠法為制備方法,制備成本低廉、制備工藝簡單、適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0018]在制備薄膜過程首次引入甲醛蒸汽作為保護氣氛防止Sn2+氧化為Sn4+,引入511°來提高薄膜的迀移率,P型SnOJi膜的霍爾迀移率達到8.6cm 2V ^
[0019]化學法制備性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)穩(wěn)定的ρ型3110:(透明導電薄膜在ρ型氧化物透明導電薄膜領域具有重要的研究價值和市場價值。
【附圖說明】
[0020]圖1:實施例1中所制備的ρ型SnOji膜材料的霍爾迀移率結(jié)果圖;
[0021]圖2: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】
[0022]以下實施例進一步闡釋本發(fā)明的技術方案,但是不作為對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0023]本發(fā)明所提供的ρ型SnOx薄膜材料的制備過程如下:
[0024]1)將乙二醇甲醚8.5ml、二水合氯化亞錫0.0018mol以及乙醇胺0.5ml,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,用機械栗將管式爐內(nèi)部環(huán)境抽氣,使得真空度達到-0.1MPa后,充入氬氣。在60°C條件下對溶液加熱0.5小時,加熱完畢后將溶液繼續(xù)在氬氣氣氛中陳化1天,制得溶膠。由于二價錫的化學性質(zhì)活潑,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)生團聚以及透光率不高,薄膜附著力不夠等現(xiàn)象,所以要濃度盡量小,本實驗Sn2+所采用的濃度為0.2mol/L0
[0025]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Si02/Si基片,基片的尺寸為lOmmX 10mm,基片上3;102層的厚度500nm。
[0026]3)取5片基片,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3滴,進行旋凃甩膠,旋轉(zhuǎn)時間為30秒,制得薄膜試樣。
[0027]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。本實驗在200°C下保溫15min來除盡碳元素。
[0028]5)真空管式爐內(nèi)形成甲醛氣氛后,將上步驟中所制得的薄膜試樣分別進行退火,退火溫度為600?650°C,保溫時間分別為10、20、30、40、50分鐘,升溫速度為3°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。
[0029]對所得五組薄膜試樣進行電學性能的測試,薄膜材料電學性能如圖1所示。從圖1中可以看出退火時間在10?30min內(nèi)時,薄膜的導電特性呈ρ型,并且迀移率隨保溫時間的增長而增加。當保溫時間超過30min后,薄膜的導電特性呈現(xiàn)為η型。
[0030]對所得五組薄膜試樣進行XRD測試,結(jié)果如圖2所示,在保溫時間低于30分鐘時根據(jù)PDF卡片N0.24-1342,四個衍射峰分別是斜方SnO的特征峰(101)和(011)。同時根據(jù)PDF卡片N0.04-0673在44.0。,45.1°和55.5。分別對應著Sn的特征峰(220),(211)和(301)。當保溫時間上升到30分鐘以后,薄膜中出現(xiàn)了 Sn02的組分,對應的衍射峰分別為(110)和(101)。通過XRD檢測標定,可以確定我們的ρ型導電薄膜樣品是具有SnO和Sn的混合膜,本發(fā)明稱為SnOx薄膜,其霍爾迀移率達到8.6cm 2V ^
[0031]此外,通過XPS檢測分析發(fā)現(xiàn),SnOx薄膜中Sn °的含量較高的其ρ型霍爾迀移率較尚ο
【主權項】
1.一種氧化錫基薄膜材料的制備方法,其特征在于包括以下步驟: 1)將乙二醇甲醚、二水合氯化亞錫、乙醇胺按照(10?11):(0.15?0.2): (0.7?1)的摩爾比混合并攪拌至澄清,移至真空管式爐中抽真空并充入氬氣,在60?80°C條件下加熱15?30min,加熱完畢后繼續(xù)在氬氣氣氛中陳化1?2天,制得溶膠; 2)將基片固定在勻膠機上,以2000?2500轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋轉(zhuǎn),在基片上滴加上述溶膠旋凃甩膠,旋轉(zhuǎn)時間為20?30秒,制得薄膜試樣; 3)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; 4)向真空管式爐內(nèi)通入甲醛蒸氣形成甲醛氣氛,以1?3°C/分鐘速率升溫,至退火溫度600?650°C保溫10?30min,退火完成后自然冷卻,即制得p型氧化錫基薄膜材料。2.如權利要求1所述氧化錫基薄膜材料的制備方法,其特征在于所述基片為絕緣Si02/Si基片,基片的尺寸為lOmmX 10mm,基片上S1jl^的厚度500nm。3.如權利要求1所述氧化錫基薄膜材料的制備方法,其特征在于所述基片在使用前依次用丙酮、無水乙醇和去離子水進行超聲波清洗。4.如權利要求1所述氧化錫基薄膜材料的制備方法,其特征在于步驟3)中所述干燥溫度為200 °C,干燥時間為15-20min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧化錫基薄膜材料的制備方法。包括以下步驟:將乙二醇甲醚、二水合氯化亞錫、乙醇混合并攪拌,在60~80℃條件下加熱15~30min,加熱完畢后繼續(xù)在氬氣氣氛中陳化1~2天,制得溶膠;在基片上滴加上述溶膠旋凃甩膠得薄膜試樣;移至真空管式爐中,抽真空并通入氬氣,加熱干燥;真空管式爐內(nèi)形成甲醛氣氛,并以1~3℃/分鐘速率升溫,至退火溫度600~650℃保溫10~30min,退火完成后自然冷卻,p型氧化錫基薄膜材料制備完成。引入甲醛蒸汽作為保護氣氛防止Sn2+氧化為Sn4+,引入Sn0來提高薄膜的遷移率,上述方法制備的霍爾遷移率高達8.6cm2V-1S-1。
【IPC分類】C23C18/12
【公開號】CN105420696
【申請?zhí)枴緾N201510828530
【發(fā)明人】孫劍, 陳澤群
【申請人】中國地質(zhì)大學(武漢)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月25日