專利名稱：室溫下光致發(fā)光非晶鈮氧化物薄膜及其熱處理技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能在室溫下光致發(fā)光的非晶鈮氧化物薄膜材料 及其制造技術(shù)。
技術(shù)背景現(xiàn)有的鈮金屬氧化物膜材料主要是五氧化二鈮，而二氧化鈮和非 晶結(jié)構(gòu)鈮金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)膜則少見報(bào)道。鈮氧化物納米薄膜主要 用于電容器的電極、波導(dǎo)、催化技術(shù)等方面。鈮金屬氧化物的光學(xué)性 質(zhì)也多見于在其反射率和高折射率技術(shù)方面得到應(yīng)用。具有光致發(fā)光 性能的鈮金屬氧化物薄膜及其材料的制備技術(shù)以及相關(guān)產(chǎn)品制造技術(shù) 及其應(yīng)用，目前未見報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種具有室溫下在可見光區(qū)光致發(fā)光的非 晶鈮氧化物薄膜材料及其熱處理技術(shù)。 實(shí)現(xiàn)上述目的的具體方案如下一種室溫下光致發(fā)光非晶鈮氧化物薄膜及其熱處理技術(shù)，其中光致發(fā)光非晶鈮氧化物薄膜是由單晶硅基底上鍍有厚度為300 900nm的 均勻非晶結(jié)構(gòu)鈮氧化物膜作為前期材料；再采用連續(xù)升溫和急速升溫 兩種方式的任一種，對(duì)前期材料在退火爐中退火，在大氣環(huán)境下，選 擇300 45(TC溫度退火lh，在空氣中自然降溫處理得到光致發(fā)光的非 晶鈮氧化物薄膜產(chǎn)品。經(jīng)退火后的鈮氧化物膜仍保持非晶的基本結(jié)構(gòu)， 僅在X射線光電子能譜分析方法中觀察到少量混晶結(jié)構(gòu)成分。
在300 450。C退火溫度值區(qū)間內(nèi)的任何溫度值，將經(jīng)過(guò)在單晶硅 基底上鍍有厚度為300 900nm值間的任何厚度值的均勻非晶結(jié)構(gòu)鈮氧 化物膜做連續(xù)或急速升溫方式，在大氣環(huán)境下退火lh處理，空氣中自 然冷卻至室溫，得到符合要求的光致發(fā)光的非晶結(jié)構(gòu)鈮氧化物薄膜產(chǎn)P叩o將得到的在單晶硅基底上鍍有厚度為300 900nm的均勻非晶結(jié) 構(gòu)鈮氧化物膜，不論采用連續(xù)升溫還是急速升溫，選擇升溫至36(TC， 在大氣環(huán)境下退火lh，進(jìn)行退火處理，在空氣中自然冷卻至室溫，得 到符合要求的光致發(fā)光的非晶鈮氧化物薄膜產(chǎn)品。將在單晶硅基底上鍍有厚度為300 900nm的均勻非晶結(jié)構(gòu)鈮氧 化物膜，選擇升溫至385。C，在大氣環(huán)境下退火lh，進(jìn)行退火處理， 在空氣中自然冷卻至室溫，得到符合要求的光致發(fā)光的非晶鈮氧化物 薄膜產(chǎn)品。將在單晶硅基底上鍍有厚度為300 900nm的均勻非晶結(jié)構(gòu)鈮氧 化物膜而得到含有少量混晶的非晶結(jié)構(gòu)鈮氧化物薄膜材料，選擇升溫 至40(TC，在大氣環(huán)境下退火lh，進(jìn)行退火處理，在空氣中自然冷卻 至室溫，得到符合要求的光致發(fā)光的非晶鈮氧化物薄膜產(chǎn)品。前述的連續(xù)升溫的速率控制在1(TC/min;急速升溫是把退火爐預(yù) 先升溫至設(shè)定溫度，將樣品直接送入預(yù)定的溫區(qū)。注意的是連續(xù)升溫 方式得到的材料性能穩(wěn)定，急速升溫方式得到的材料性能穩(wěn)定性稍差， 但發(fā)光效果顯著。前述的混晶包括NbO、 Nb02和Nb205三種晶形。用本技術(shù)方案得到的非晶鈮氧化物薄膜材料，在室溫下具有可見 光區(qū)光致發(fā)光的特性。經(jīng)此熱處理工藝，可保證膜的完好性，獲得的
膜材料表面色澤鮮艷， 一般會(huì)因鍍膜厚度的不同，呈現(xiàn)出紅色或綠色的色彩。材料在514mn波長(zhǎng)的激光源激發(fā)下，分別在630nm(1.79eV) 和715nm (1.74eV)發(fā)光中心附近的可見光區(qū)受激發(fā)光，發(fā)光光強(qiáng)峰 值可達(dá)20多萬(wàn)個(gè)計(jì)量單位，發(fā)光效能比未退火前提高百倍以上。本發(fā)明提供的技術(shù)是在亞高溫和非真空條件下進(jìn)行，材料的制備 方法和處理工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備技術(shù)要求不高，--般可控溫的退火爐均 可使用，適合大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用；材料具備高效性、經(jīng)濟(jì)性和可操作 性。材料在室溫下具有可見光區(qū)光致發(fā)光的特殊性能，是一種極具潛在 應(yīng)用價(jià)值的功能材料，可用于示波管、彩色廣告屏幕及電視電腦中的顯 像材料；在制備光學(xué)開關(guān)、光敏元件以及其他功能材料方面將有廣闊 的潛在價(jià)值。


圖1是非晶鈮氧化物薄膜退火后PL譜；圖2是非晶鈮氧化物薄膜退火樣品PL譜峰強(qiáng)度隨溫度變化規(guī)律。
具體實(shí)施方式
以下給出本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)技術(shù)方案作具體說(shuō)明。 例-一、1、鍍膜，采用單晶硅板材作基底，利用成熟的鍍膜技術(shù)， 在單晶硅基底材料上均勻鍍300 900nm厚度的非晶結(jié)構(gòu)鈮氧化物薄膜 得到前期材料(以下簡(jiǎn)稱樣材)備用。2、退火設(shè)備的處理，包括載樣 瓷舟和退火爐必須清理干凈，達(dá)到?jīng)]有其它金屬化學(xué)成分或有機(jī)物殘 留，尤其不能有其它易揮發(fā)物質(zhì)。其中，載樣瓷舟經(jīng)過(guò)酸洗、清水漂 洗，然后依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗。3、瓷舟置入退火爐 中，升溫至1000 。C以上，高溫預(yù)燒1小時(shí)以上，預(yù)燒期間讓爐內(nèi)氣 流流動(dòng)，將爐內(nèi)殘留物廢氣帶走。4、將樣材切成需要的尺寸備用。5、 將樣材放入處理好的瓷舟內(nèi)，送入爐內(nèi)恒溫區(qū)，以10。C/min速率連續(xù) 升溫至350 40(TC即連續(xù)升溫；或先將爐子升溫至350 400。C，然后將 載有樣材的瓷舟直接送入爐內(nèi)恒溫區(qū)，即急速升溫。6、讓載有樣材的 瓷舟在退火爐內(nèi)保溫1小時(shí)(即退火1小時(shí)，以下各例皆同)。7、將 載有樣材的瓷舟從退火爐中拉出，在空氣中自然冷卻至室溫。8、將處 理好的樣材取出保存待用。例二、利用熱氧化法鍍膜技術(shù)，在單晶硅基底上鍍厚度300mn的 均勻的非晶結(jié)構(gòu)鈮氧化物膜作為備用樣材；清理干凈載樣瓷舟和退火 爐，退火爐升溫至IOO(TC以上，瓷舟置入爐中預(yù)燒2小時(shí)，并利用氣 泵使?fàn)t內(nèi)氣流流動(dòng)，將爐內(nèi)殘留物廢氣帶走。將樣材切成需要的尺寸， 放入處理好的瓷舟內(nèi)，并送入爐內(nèi)恒溫區(qū)，以10。C/min速率連續(xù)升溫 至385°C，保溫1小時(shí)。從爐內(nèi)將載有樣材的瓷舟拉出，讓其在空氣 中自然冷卻至室溫，最后取出樣材保存待用。例三、用與例二相同的方法制備厚度為300nm均勻的非晶結(jié)構(gòu)鈮 氧化物膜為備用樣材；使用20%的稀硫酸浸泡舊瓷舟1小時(shí)，再用清 水漂洗干凈，然后依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗，將處理好 的瓷舟入退火爐中，升溫至120(TC高溫預(yù)燒1小時(shí)，仍然讓爐內(nèi)氣流 流動(dòng)，帶走爐內(nèi)殘留物廢氣；把樣材切成需要尺寸，置入處理好的瓷 舟內(nèi)。將爐子升溫至40(TC，再把載有樣材的瓷舟直接送入爐內(nèi)恒溫 區(qū)，保溫1小時(shí)。最后把載有樣材的瓷舟拉出爐子，在空氣中自然冷 卻至室溫，取出樣材保存待用。例四、用與例二相同的方法制備厚度為300nm均勻的非晶結(jié)構(gòu)鈮
氧化物膜為備用樣材；用與例一相同方式處理好載樣瓷舟和退火爐， 將瓷舟放入退火爐中，爐子升溫至1000。C，高溫預(yù)燒1.5小時(shí)，期間 用氣泵使?fàn)t內(nèi)氣流流動(dòng)，帶走爐內(nèi)殘留物廢氣。樣材切成需要的尺寸， 放入處理好瓷舟內(nèi)；再送入爐內(nèi)恒溫區(qū)，以1(TC/min速率連續(xù)升溫至 36(TC，保溫1小時(shí)。從爐內(nèi)拉出載有樣材的瓷舟，在空氣中冷卻辛'4;: 溫，保存好樣材待用。參照?qǐng)Dl,從非晶鈮氧化物薄膜退火PL譜圖像顯示了光致發(fā)光的 區(qū)域是630nm和715nm附近為中心的可見區(qū)域。參照?qǐng)D2，從非晶鈮氧化物薄膜退火樣品PL譜峰強(qiáng)度隨溫度變化 規(guī)律圖像分析，顯示了在300 45(TC退火溫區(qū)，發(fā)光性能顯著，最佳 退火區(qū)域在350 400°C。
權(quán)利要求
1、一種室溫下光致發(fā)光非晶鈮氧化物薄膜，其特征在于光致發(fā)光非晶鈮氧化物薄膜是在單晶硅基底上鍍有厚度為300～900nm的均勻非晶結(jié)構(gòu)鈮氧化物膜作為前期材料，再采用連續(xù)和急速兩種方式的任一種，對(duì)前述方法得到的材料在退火爐中升溫，在大氣環(huán)境下，選擇300～450℃溫度退火1h，在空氣中自然降溫處理得到光致發(fā)光的非晶鈮氧化物薄膜。
2、 一種室溫下光致發(fā)光非晶鈮氧化物薄膜的熱處理技術(shù)，其特 征在于在300 450。C退火溫度值區(qū)間內(nèi)的任何溫度值，將經(jīng)過(guò)在單晶 硅基底上鍍有厚度為300 900nm值間的任何厚度值的均勻非晶結(jié)構(gòu)鈮 氧化物膜做連續(xù)或急速升溫方式，在大氣環(huán)境下退火lh處理，空氣中 自然冷卻至室溫，得到符合要求的光致發(fā)光的非晶結(jié)構(gòu)鈮氧化物薄股。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種室溫下光致發(fā)光非晶鈮氧化物薄 膜的熱處理技術(shù)，其特征在于得到的在單晶硅基底上鍍有厚度為 300 900nm的均勻非晶結(jié)構(gòu)鈮氧化物膜，不論采用連續(xù)升溫還是急速 升溫，選擇在大氣環(huán)境下升溫至360°C，保溫lh，進(jìn)行退火處理，在 空氣中自然冷卻至室溫，得到符合要求的光致發(fā)光的非晶鈮氧化物薄 膜。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種室溫下光致發(fā)光非晶鈮氧化物薄 膜熱處理技術(shù)，其特征在于在單晶硅基底上鍍有厚度為300 900nm的 均勻非晶結(jié)構(gòu)鈮氧化物膜，選擇在大氣環(huán)境下升溫至385。C，保溫lh， 進(jìn)行退火處理，在空氣中自然冷卻至室溫，得到符合要求的光致發(fā)光 的非晶鈮氧化物薄膜。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種室溫下光致發(fā)光非晶鈮氧化物薄膜熱處理技術(shù)，其特征在于在單晶硅基底上鍍有厚度為300 900nm的 均勻非晶結(jié)構(gòu)鈮氧化物膜，選擇在大氣環(huán)境下升溫至400。C，保溫lh， 進(jìn)行退火處理，在空氣中自然冷卻至室溫，得到符合要求的光致發(fā)光 的非晶鈮氧化物薄膜。
6、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種室溫下光致發(fā)光非晶鈮氧化物薄 膜熱處理技術(shù)，其特征在于所述的連續(xù)升溫的速率控制在10°C/min; 急速升溫是把退火爐預(yù)先升溫至設(shè)定溫度，將樣品直接送入預(yù)定的溫 區(qū)。
全文摘要
一種室溫下光致發(fā)光非晶鈮氧化物薄膜及其熱處理技術(shù)，其中光致發(fā)光非晶鈮氧化物薄膜是在單晶硅基底上鍍有厚度為300～900nm的均勻非晶結(jié)構(gòu)鈮氧化物膜為前期材料，經(jīng)在大氣環(huán)境下亞高溫退火而得到含有少量混晶的非晶結(jié)構(gòu)鈮氧化物薄膜材料。其熱處理技術(shù)是采用連續(xù)和急速兩種方式對(duì)前述方法得到的材料升溫退火，其中，連續(xù)升溫的速率控制在10℃/min；急速升溫是將樣品直接送入預(yù)定的溫區(qū)；在大氣環(huán)境下，選擇300～450℃溫度退火1h，在空氣中自然降溫處理得到光致發(fā)光的非晶結(jié)構(gòu)鈮氧化物薄膜產(chǎn)品。注意的是連續(xù)升溫方式得到的材料性能穩(wěn)定，急速升溫方式得到的材料性能穩(wěn)定性稍差，但發(fā)光效果顯著。
文檔編號(hào)C09K11/67GK101397496SQ20071006625
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者周效鋒 申請(qǐng)人:曲靖師范學(xué)院