CN104934490B - 一种原位大面积合成氧化亚锡半导体光电薄膜材料的方法 - Google Patents

一种原位大面积合成氧化亚锡半导体光电薄膜材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明所要解决的问题是:克服目前制备SnO需要依靠复杂设备、苛刻沉积条件等缺点,提供了一种简单方法原位制备SnO半导体光电薄膜材料的方法,制备成本低,能大面积成膜,具有很好的应用前景。本申请采用元素直接反应的方法,将溅射在不同基底、不同厚度的Sn薄膜(50nm~400nm)置于管式炉中,经过100℃~400℃煅烧,使单质Sn薄膜与空气中的O2发生反应生成致密均匀的SnO薄膜。不同温度、不同厚度的SnO薄膜的光吸收能力、表面形貌不同,拓宽了SnO在光电材料中的应用。该方法简单有效,对制备条件要求低,不需要复杂的制备条件,有利于低成本大规模的制备SnO半导体光电薄膜材料。

Description

一种原位大面积合成氧化亚锡半导体光电薄膜材料的方法
技术领域:
本发明属于材料科学技术领域,尤其涉及一种原位大面积合成氧化亚锡半导体光电薄膜材料的方法。
背景技术:
二元化合物SnO是一种具有宽禁带宽度(2.5~3.0eV)的p型半导体材料,霍尔迁移率大约为4.8cm2V-1s-1。由于该材料合适的禁带宽度,SnO半导体被认为是一种潜在的透明导电氧化物材料(TCO),并且其光电转化性质也在近年来被报道。在SnO材料中Sn的5s轨道和氧的2p轨道能量相近,这种能量关系使SnO中的价带顶位置的能级不为氧原子完全占有,从而导致了SnO较强的空穴导电能力。目前p型TCO材料较少,与p型ZnO等TCO材料相比SnO具有更高的稳定性。目前,该材料在TCO、锂离子电池、气敏器件、铁电场效应记忆器件等方面均有被应用的报道。
近年来随着光电薄膜材料的发展,SnO薄膜材料的制备和应用引起了人们广泛的研究。到目前为止,报道了多种基于反应溅射制备SnO薄膜材料的方法。Vu Xuan Hien等人利用射频反应溅射的方法通过控制沉积过程中O2/Ar的比例、沉积速率和后期热处理温度(300℃)等条件制备了SnO薄膜材料,并对其在NH3气敏方面的应用进行了研究。Po-ChingHsu等人利用也对射频反应溅射制备SnO薄膜材料行了研究,该课题组使用SnO2靶材在还原性气氛H2中溅射并发生化学反应,在溅射过程中严格控制H2/Ar气体的比例,并将得到的薄膜在真空中300℃的条件下处理1小时,最终获得了SnO半导体薄膜并对所得薄膜进行了光学及电学性质的表征。Hideo Hosono课题组利用脉冲激光沉积(Pulsed LaserDeposition,PLD)的方法制备出了SnO薄膜材料,在10-6Pa条件下利用248nm KfF激光对SnO陶瓷靶进行加热,激光强度为1.5J/cm2,基底温度为275-500℃,成膜后处理温度为300-500℃,最终获得了不同结晶程度的SnO薄膜,并对所得SnO薄膜的物理性质进行了表征。
上述射频反应溅射或者PLD方法都成功地制备出了SnO半导体薄膜材料,但是制备过程中需要高能激光、射频电源、还原性气体等,且沉积设备复杂,沉积条件苛刻,导致了SnO薄膜材料制备的局限性和不稳定性。
申请人利用一种元素直接反应法制备氧化亚锡半导体薄膜材料,即利用直流磁控溅射在基底(FTO玻璃,普通载玻片等)表面大面积沉积锡单质薄膜,在100℃~400℃条件下,空气中煅烧15min~2h,就可以得到纯度高、致密、透光性好的氧化亚锡薄膜。该方法重复性好,制备条件要求不高,能够大面积制备氧化亚锡半导体光电薄膜材料,具有良好的工业应用前景。
发明内容:
本发明所要解决的问题是:克服目前制备SnO需要依靠复杂设备、苛刻沉积条件等缺点,提供了一种简单方法原位制备SnO半导体光电薄膜材料的方法,制备成本低,能大面积成膜,具有很好的应用前景。
本申请采用元素直接反应的方法,将溅射在不同基底、不同厚度的Sn薄膜(50nm~400nm)置于管式炉中,经过100℃~400℃煅烧,使单质Sn薄膜与空气中的O2发生反应生成致密均匀的SnO薄膜。不同温度、不同厚度的SnO薄膜的光吸收能力、表面形貌不同,拓宽了SnO在光电材料中的应用。该方法简单有效,对制备条件要求低,不需要复杂的制备条件,有利于低成本大规模的制备SnO半导体光电薄膜材料。
本发明对要解决的问题所采取的技术方案是:
一种原位大面积合成氧化亚锡半导体光电薄膜材料的方法,其特点在于:在不同基底材料上直流溅射一定厚度的单质Sn薄膜,在空气中加热100℃~400℃,经过15min~2h的反应,就可以在基底材料表面原位生长SnO半导体光电薄膜材料。
具体操作步骤是:
(1)清洗基底:将基底材料依次用洗洁精、去离子水超声清洗20min,然后用质量百分数25%浓氨水/质量百分数30%双氧水/去离子水,其体积比为1:2:5的混合溶液80℃处理30min,最后用去离子水超声清洗20min,处理好的FTO导电玻璃在80℃条件下干燥。
(2)溅射锡薄膜:利用磁控溅射,在FTO导电玻璃基底上溅射厚度为50nm~400nm的单质锡薄膜,以膜厚监控(FTM)控制锡薄膜的厚度。
(3)将上述表面溅射有单质锡薄膜的样品置在管式炉中。在空气气氛中从室温升至100℃~400℃,加热,然后自然降至室温。
本发明的技术方案中,所使用的溅射方法为直流磁控溅射。
本发明的技术方案中,所述的基底材料FTO导电玻璃、普通玻璃等。
本发明的技术方案中,采用氧化剂为空气。
在本方案中,Sn薄膜是50nm~400nm。
在本方案中,经过100℃~400℃煅烧时间为15min~2h。
本发明的优点:
1、本发明采用地壳含量丰富的Sn为原材料,资源丰富,成本低。
2、可在基底上制备结构致密均匀的薄膜,对基底材料要求不高,为SnO材料在柔性基底上的应用提供了条件。
3、SnO薄膜厚度可控,可通过控制溅射的条件控制薄膜的厚度。
3、SnO薄膜的制备温度范围宽,制备条件简单,容易掌握。
4、SnO薄膜的制备过程简单,不需要后处理,不需要使用其他气氛。
5、SnO薄膜可以大面积制备,如果进行掩膜就可以进行图案化。
附图说明
图1-1、实施例1制备的SnO半导体光电薄膜材料的原子力显微镜照片
图1-2、实施例1制备的SnO半导体光电薄膜材料的XRD图谱
图2-1、实施例2制备的SnO半导体光电薄膜材料的原子力显微镜照片
图2-2、实施例2制备的SnO半导体光电薄膜材料的XRD图谱
图3-1、实施例3制备的SnO半导体光电薄膜材料的原子力显微镜照片
图3-2、实施例3制备的SnO半导体光电薄膜材料的XRD图谱
图4-1、实施例4制备的SnO半导体光电薄膜材料的原子力显微镜照片
图4-2、实施例4制备的SnO半导体光电薄膜材料的XRD图谱
图5-1、实施例5制备的SnO半导体光电薄膜材料的原子力显微镜照片
图5-2、实施例5制备的SnO半导体光电薄膜材料的XRD图谱
图6-1、实施例6制备的SnO半导体光电薄膜材料的原子力显微镜照片
图6-2、实施例6制备的SnO半导体光电薄膜材料的XRD图谱
具体实施方式:
下面通过实施例进一步说明SnO光电薄膜的制备方法。
实施例1
(1)清洗基底:将FTO导电玻璃依次用洗洁精、去离子水超声清洗20min,然后用浓氨水(质量百分数25%)/双氧水(质量百分数30%)/去离子水(体积比为1:2:5)的混合溶液80℃处理30min,最后用去离子水超声清洗20min,处理好的FTO导电玻璃在80℃条件下干燥。
(2)溅射锡薄膜:利用磁控溅射,在FTO导电玻璃基底上溅射厚度为100nm的单质锡薄膜,以膜厚监控(FTM)控制锡薄膜的厚度。
(3)将表面溅射有100nm厚度锡的FTO导电玻璃放置在管式炉中。在空气气氛中从室温升至350℃,升温时间为1h,并恒温2h,最后自然降至室温。图1-1为所得样品的原子力显微镜照片,图1-2为所得样品的XRD图谱。
实施例2
(1)清洗基底:同实施例1。
(2)溅射锡薄膜:利用磁控溅射,在FTO导电玻璃基底上溅射厚度为100nm的单质锡薄膜,以膜厚监控(FTM)控制锡薄膜的厚度。
(3)将表面溅射有100nm厚度锡的FTO导电玻璃放置在管式炉中。在空气气氛中从室温升至400℃,升温时间为1h,并恒温2h,最后自然降至室温。图2-1为所得样品的原子力显微镜照片,图2-2为所得样品的XRD图谱。
实施例3
(1)清洗基底:同实施例1。
(2)溅射锡薄膜:利用磁控溅射,在FTO导电玻璃基底上溅射厚度为50nm的单质锡薄膜,以膜厚监控(FTM)控制锡薄膜的厚度。
(3)将表面溅射有50nm厚度锡的FTO导电玻璃放置在管式炉中。在空气气氛中从室温升至350℃,升温时间为1h,并恒温2h,最后自然降至室温。图3-1为所得样品的原子力显微镜照片,图3-2为所得样品的XRD图谱。
实施例4
(1)清洗基底:同实施例1。
(2)溅射锡薄膜:利用磁控溅射,在FTO导电玻璃基底上溅射厚度为400nm的单质锡薄膜,以膜厚监控(FTM)控制锡薄膜的厚度。
(3)将表面溅射有400nm厚度锡的FTO导电玻璃放置在管式炉中。在空气气氛中从室温升至350℃,升温时间为1h,并恒温2h,最后自然降至室温。图4-1为所得样品的原子力显微镜照片,图4-2为所得样品的XRD图谱。
实施例5
(1)清洗基底:同实施例1。
(2)溅射锡薄膜:利用磁控溅射,在普通载玻片基底上溅射厚度为400nm的单质锡薄膜,以膜厚监控(FTM)控制锡薄膜的厚度。
(3)将表面溅射有400nm厚度锡的载玻片放置在管式炉中。在空气气氛中从室温升至400℃,升温时间为1h,并恒温2h,最后自然降至室温。图5-1为所得样品的原子力显微镜照片,图5-2为所得样品的XRD图谱。
实施例6
(1)清洗基底:同实施例1。
(2)溅射锡薄膜:利用磁控溅射,在FTO导电玻璃基底上溅射厚度为400nm的单质锡薄膜,以膜厚监控(FTM)控制锡薄膜的厚度。
(3)将表面溅射有400nm厚度锡的FTO导电玻璃放置在管式炉中。在空气气氛中从室温升至400℃,升温时间为1h,并恒温2h,最后自然降至室温。图6-1为所得样品的原子力显微镜照片,图6-2为所得样品的XRD图谱。

Claims (5)

1.一种大面积合成氧化亚锡光电薄膜材料的方法,其特点在于:在基底材料上直流溅射单质Sn薄膜,在空气中加热100℃~400℃,经过15min~2h的反应,就在基底材料表面原位生长出SnO半导体光电薄膜材料。
2.根据权利要求1所述的大面积合成氧化亚锡光电薄膜材料的方法;其特点在于:所使用的溅射方法为直流磁控溅射。
3.根据权利要求1所述的大面积合成氧化亚锡光电薄膜材料的方法;其特点在于:所使用的基底材料为FTO导电玻璃,普通玻璃,不锈钢等。
4.根据权利要求1所述的大面积合成氧化亚锡光电薄膜材料的方法;其特点在于:所使用的氧化剂为空气。
5.根据权利要求1所述的大面积合成氧化亚锡光电薄膜材料的方法;其特点在于:Sn薄膜是50nm~400nm。
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CN106835045A (zh) * 2017-02-15 2017-06-13 苏州思创源博电子科技有限公司 一种钛酸钡薄膜的制备方法
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CN110158031B (zh) * 2019-05-08 2021-11-26 郑州大学 薄膜制备方法、氧化亚锡SnO薄膜及半导体器件
CN110670023A (zh) * 2019-09-18 2020-01-10 华南理工大学 一种热蒸发法制备高质量少层氧化亚锡晶体的方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104178730A (zh) * 2014-08-18 2014-12-03 中国科学院上海应用物理研究所 p型SnO薄膜及其p-n结二极管的制备方法

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