CN106929823A - 一种采用沉积法在硅基底上制备氧化钛薄膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用沉积法在硅基底上制备氧化钛薄膜的方法，本发明通过对硅基底表面进行预处理可很好地提高其对导电溶胶的亲和性能，使得喷涂过程中导电溶胶更加均匀的分布在硅基底表面，本发明采用原子层沉积方法，基于TiO2自身的优异的宽禁带性能，采用能够在较低温度下能够气化的三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺铬作为铬前驱体源，有效降低了实验条件和能耗，且原子层沉积工艺过程参数易于控制。

Description

一种采用沉积法在硅基底上制备氧化钛薄膜的方法
技术领域
本发明涉及导电材料领域，具体涉及一种采用沉积法在硅基底上制备氧化钛薄膜的方法。
背景技术
透明导电薄膜是一种兼备高导电及可见光波段高透明特性的基础光电材料，广泛应用于显示器、发光器件、太阳能电池、传感器、柔性触摸屏等光电显示领域，具有广泛的商业应用前景。
染料敏化太阳能电池由光阳极、染料、电解质和对电极四部分组成。其中，光阳极和对电极的基底材料都是透明导电玻璃。目前，常用的透明导电层主要为氧化铟锡（ITO）和氟掺杂的氧化锡（FTO）。FTO是最早实现工业化生产的透明导电薄膜，制备工艺简单、成熟，但是与ITO相比导电率较低，ITO是目前市场上需求量最大的透明导电薄膜，光电性能十分优秀，但是铟会对环境造成污染，且价格昂贵，另外，ITO还存在不耐高温的缺点，从而限制了染料敏化太阳能的发展和应用。透明导电层还被广泛应用于有机太阳能电池、钙钛矿型太阳能电池和量子点敏化太阳能电池等。
在过往研究中，铟掺杂氧化锡(ITO)和铝掺杂氧化锌（ZAO）已经获得广泛的应用。但上述材料仍存在较多局限:如铟元素是地球上的稀缺元素并具有一定毒性，折射率有限（均小于2）、在还原气体氛围中不够稳定等。与之相比，二氧化钛具有极高的折射率（2.2-2.4，与硅膜相近）；和机械强度，稳定的化学特性，高的介电常数等优异性能，在半导体光电器件中具有广泛的应用价值，近年来被着重研究过。因而二氧化钛的透明导电薄膜近年来收到广泛的关注。
经对现有技术检索，大多数技术是利用各类导电物质制备的油墨涂布或者喷涂在柔性基底上制备成柔性透明导电薄膜，此类技术制备的透明导电薄膜，虽然具有较好的薄膜附着力，但光学透过率和导电性能仍然有待提升。
发明内容
本发明提供一种采用沉积法在硅基底上制备氧化钛薄膜的方法，本发明通过对硅基底表面进行预处理可很好地提高其对导电溶胶的亲和性能，使得喷涂过程中导电溶胶更加均匀的分布在硅基底表面，本发明采用原子层沉积方法，基于TiO2自身的优异的宽禁带性能，采用能够在较低温度下能够气化的三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺铬作为铬前驱体源，有效降低了实验条件和能耗，且原子层沉积工艺过程参数易于控制。
为了实现上述目的，本发明提供了一种采用沉积法在硅基底上制备氧化钛薄膜的方法，该方法包括如下步骤：
（1）基底处理
用Si(100)作基底，用酒精棉球反复轻轻擦洗衬底表面，以除去表面的有机物；
将擦洗过的基片放入装有丙酮的烧杯中，在超声清洗槽内清洗10-15分钟；
然后将基底放入到硝酸中静置浸泡2-4h；
取出基底放入到去离子水中静置2-3h，除去表面的硝酸；
放在通风橱中静置晾干5-10h；
（2）采用四氯化钛为钛前驱体源，三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺铬为铬前驱体源，高纯水为氧前驱体源，将上述基底加热后，采用将前驱体源进行沉积组合进行多组循环后制备出需要的透明导电薄膜；
其中：
四氯化钛和水在室温下即可，三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺铬需加热至55℃；
所采用的沉积组合由n个TiO2沉，n<35，掺杂1个Cr掺杂沉积组成；即进行n个TiO2沉积组合后，引入1个Cr掺杂沉积；
所进行的TiO2沉积是：当沉积腔真空度在15Pa以下时，向沉积腔体引入1个四氯化钛脉冲，后采用高纯氮气清洗沉积腔；后引入1个水蒸汽脉冲进行反应形成单个TiO2原子层与反应残留物，然后用高纯氮气清洗沉积腔；该过程中，四氯化钛脉冲的持续时间为0.5s；氮气清洗时间5s；水蒸气脉冲持续时间为0.3s；氮气冲洗时间2s；将该过程重复n次即可；
所进行的Cr掺杂沉积是：当n个TiO2沉积完成后；引入1个四氯化钛脉冲，持续0.5s，用氮气清洗5s；后引入1个三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺铬脉冲；用高纯氮气清洗沉腔后，再引入1个水蒸气脉冲进行反应；接着用高纯氮气清洗沉积腔，完成Cr掺杂沉积；该过程中，三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺铬脉冲的持续时间为0.5s，氮气清洗时间6s，水蒸气脉冲持续时间为0.3s，氮气冲洗时间6s。
具体实施方式
实施例一
用Si(100)作基底，用酒精棉球反复轻轻擦洗衬底表面，以除去表面的有机物；将擦洗过的基片放入装有丙酮的烧杯中，在超声清洗槽内清洗10分钟；后将基底放入到硝酸中静置浸泡2h；取出基底放入到去离子水中静置2h，除去表面的硝酸；放在通风橱中静置晾干5h。
采用四氯化钛为钛前驱体源，三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺铬为铬前驱体源，高纯水为氧前驱体源，将上述基底加热后，采用将前驱体源进行沉积组合进行多组循环后制备出需要的透明导电薄膜；
其中：
四氯化钛和水在室温下即可，三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺铬需加热至55℃。
所采用的沉积组合由n个TiO2沉，n<35，掺杂1个Cr掺杂沉积组成；即进行n个TiO2沉积组合后，引入1个Cr掺杂沉积。
所进行的TiO2沉积是：当沉积腔真空度在15Pa以下时，向沉积腔体引入1个四氯化钛脉冲，后采用高纯氮气清洗沉积腔；后引入1个水蒸汽脉冲进行反应形成单个TiO2原子层与反应残留物，然后用高纯氮气清洗沉积腔；该过程中，四氯化钛脉冲的持续时间为0.5s；氮气清洗时间5s；水蒸气脉冲持续时间为0.3s；氮气冲洗时间2s；将该过程重复n次即可。
所进行的Cr掺杂沉积是：当n个TiO2沉积完成后；引入1个四氯化钛脉冲，持续0.5s，用氮气清洗5s；后引入1个三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺铬脉冲；用高纯氮气清洗沉腔后，再引入1个水蒸气脉冲进行反应；接着用高纯氮气清洗沉积腔，完成Cr掺杂沉积；该过程中，三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺铬脉冲的持续时间为0.5s，氮气清洗时间6s，水蒸气脉冲持续时间为0.3s，氮气冲洗时间6s。
实施例二
用Si(100)作基底，用酒精棉球反复轻轻擦洗衬底表面，以除去表面的有机物；将擦洗过的基片放入装有丙酮的烧杯中，在超声清洗槽内清洗15分钟；后将基底放入到硝酸中静置浸泡4h；取出基底放入到去离子水中静置3h，除去表面的硝酸；放在通风橱中静置晾干10h。
采用四氯化钛为钛前驱体源，三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺铬为铬前驱体源，高纯水为氧前驱体源，将上述基底加热后，采用将前驱体源进行沉积组合进行多组循环后制备出需要的透明导电薄膜；
其中：
四氯化钛和水在室温下即可，三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺铬需加热至55℃。
所采用的沉积组合由n个TiO2沉，n<35，掺杂1个Cr掺杂沉积组成；即进行n个TiO2沉积组合后，引入1个Cr掺杂沉积。
所进行的TiO2沉积是：当沉积腔真空度在15Pa以下时，向沉积腔体引入1个四氯化钛脉冲，后采用高纯氮气清洗沉积腔；后引入1个水蒸汽脉冲进行反应形成单个TiO2原子层与反应残留物，然后用高纯氮气清洗沉积腔；该过程中，四氯化钛脉冲的持续时间为0.5s；氮气清洗时间5s；水蒸气脉冲持续时间为0.3s；氮气冲洗时间2s；将该过程重复n次即可。
所进行的Cr掺杂沉积是：当n个TiO2沉积完成后；引入1个四氯化钛脉冲，持续0.5s，用氮气清洗5s；后引入1个三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺铬脉冲；用高纯氮气清洗沉腔后，再引入1个水蒸气脉冲进行反应；接着用高纯氮气清洗沉积腔，完成Cr掺杂沉积；该过程中，三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺铬脉冲的持续时间为0.5s，氮气清洗时间6s，水蒸气脉冲持续时间为0.3s，氮气冲洗时间6s。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (1)

1. 一种采用沉积法在硅基底上制备氧化钛薄膜的方法，该方法包括如下步骤：
（1）基底处理
用Si(100)作基底，用酒精棉球反复轻轻擦洗衬底表面，以除去表面的有机物；
将擦洗过的基片放入装有丙酮的烧杯中，在超声清洗槽内清洗10-15分钟；
然后将基底放入到硝酸中静置浸泡2-4h；
取出基底放入到去离子水中静置2-3h，除去表面的硝酸；
放在通风橱中静置晾干5-10h；
（2）采用四氯化钛为钛前驱体源，三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺铬为铬前驱体源，高纯水为氧前驱体源，将上述基底加热后，采用将前驱体源进行沉积组合进行多组循环后制备出需要的透明导电薄膜；
其中：
四氯化钛和水在室温下即可，三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺铬需加热至55℃；
所采用的沉积组合由n个TiO2沉，n<35，掺杂1个Cr掺杂沉积组成；即进行n个TiO2沉积组合后，引入1个Cr掺杂沉积；
所进行的TiO2沉积是：当沉积腔真空度在15Pa以下时，向沉积腔体引入1个四氯化钛脉冲，后采用高纯氮气清洗沉积腔；后引入1个水蒸汽脉冲进行反应形成单个TiO2原子层与反应残留物，然后用高纯氮气清洗沉积腔；该过程中，四氯化钛脉冲的持续时间为0.5s；氮气清洗时间5s；水蒸气脉冲持续时间为0.3s；氮气冲洗时间2s；将该过程重复n次即可；
所进行的Cr掺杂沉积是：当n个TiO2沉积完成后；引入1个四氯化钛脉冲，持续0.5s，用氮气清洗5s；后引入1个三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺铬脉冲；用高纯氮气清洗沉腔后，再引入1个水蒸气脉冲进行反应；接着用高纯氮气清洗沉积腔，完成Cr掺杂沉积；该过程中，三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺铬脉冲的持续时间为0.5s，氮气清洗时间6s，水蒸气脉冲持续时间为0.3s，氮气冲洗时间6s。
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