CN206173443U - 一种制备氧化锌薄膜的超声喷雾热解装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种制备氧化锌薄膜的装置，特别涉及一种制备氧化锌薄膜的超声喷雾热解装置。包括气瓶A、气瓶B、气体流量计、混气室、开关、导管A、U型气液分离器等，所述的气瓶A和气瓶B通过气体流量计连接到混气室，导管A连接混气室和U型气液分离器，开关设置在导管A上，U型气液分离器安装在超声雾化器上，导管B连接U型气液分离器和生长室，热电炉安装在生长室底部，衬底安装在热电炉上部，热电偶设置在生长室内，并通过导线连接智能控温仪。本设计克服了传统制备装置制备的氧化锌杂质和缺陷密度高的弊端，不需要真空设备,工艺简单、成本低廉。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种制备氧化锌薄膜的装置，特别涉及一种制备氧化锌薄膜的超声喷雾热解装置。
背景技术
氧化锌是一种非常重要的多功能直接带隙型宽禁带半导体材料，室温下的禁带宽度为3.37 eV，激子结合能高达60 meV，具备了室温下短波长发光的优越条件。此外,氧化锌具有很高的导电性，他还和其他氧化物一样具有很高的化学稳定性和耐高温性质,而且氧化锌来源丰富,价格低廉。 因此,ZnO材料在高效透明导电薄膜、太阳能电池等高新技术领域具有极强的发展潜力。ZnO薄膜常见的制备方法有很多，如：脉冲沉积法（PLD）、磁控溅射法、溶胶-凝胶法（Sol-Gel）、化学气象沉积法（CVD）以及水热法和超声喷雾热解法（USP）等。
氧化锌薄膜的制备方法有很多，其中超声喷雾热解法已有报道。文献人工晶体学报第41卷增刊2012年8月报道的氧化锌薄膜制备方法喷雾结束后即自然冷却，不能保证氧化锌溶液是否完成热解，基于本发明的薄膜制备方法在喷雾结束后，进行一定时间退火，保证了溶液充分热解。文献材料导报Ｂ：研究篇２０1３年１２月（下）第２７卷第１２期报道的制膜方法采用空气作为载气，虽然方便易得，但空气的成分复杂，有效杂质气体难免对实验产生干扰。文献物理学报Vol.62,No.17(2013)176801报道的：不同退火温度下氧化锌薄膜可见发光与n型导电研究中介绍的氧化锌薄膜制备方法均在不锈钢真空室中进行，通过分子泵抽至本底真空6×10-4Pa，在一定程度上提高了氧化锌薄膜的质量，但是对实验环境要求苛刻，要求极高纯度氧气，实验成本过高。文献大连理工大学马小雯硕士学位论文中的制备方法载气采用了高纯度的氧气，能够有效填补氧空位，但是使用单一载气时薄膜的生长和取向不如混合载气的好，基于本发明的氧化锌薄膜制备方法，采用两种气体的混合气作为载气，能够有效控制两种载气的流速和比例，从而更有效的弥补氧空位。文献材料导报2015年5月第29卷专辑25报道的低温喷雾热解制备ZnO薄膜的研究现状及进展中，提及Studenikin等和Thomas等分别以硝酸锌和醋酸锌为原料，制备ZnO薄膜的衬底温度都为400℃，Rao等研究了以醋酸锌为原料制备ZnO薄膜的衬底温度对ZnO薄膜结构、形貌和性能的影响，结果表明制备温度低于350℃时，薄膜与衬底的结合力差，且结晶性随温度降低而下降。我们的载气流量的调节可以直接用来控制ZnO纳米薄膜的微结构。喷雾热解技术对载气流量也有一定的要求。如果载气流量太小，被雾化的小液滴无法及时被带出雾化室，雾滴之间相遇重新结合为大雾滴甚至沿器壁流下，或排出过程中在管道内积液，严重影响雾化效果；如果载气流量太大，也会使雾化的小液滴碰撞几率增高，同样导致雾滴变大，影响雾化效果。因此，成膜质量对于气体流量有着严格要求。
实用新型内容
本实用新型旨在解决上述问题，提供了一种制备氧化锌薄膜的超声喷雾热解装置，它克服了传统制备装置制备的氧化锌杂质和缺陷密度高的弊端，其采用的技术方案如下：
一种制备氧化锌薄膜的超声喷雾热解装置，包括气瓶A、气瓶B、气体流量计、混气室、开关、导管A、U型气液分离器、导管B、超声雾化器、生长室、衬底、热电炉、热电偶、智能控温仪，所述的气瓶A和气瓶B通过气体流量计连接到混气室，导管A连接混气室和U型气液分离器，开关设置在导管A上，U型气液分离器安装在超声雾化器上，导管B连接U型气液分离器和生长室，热电炉安装在生长室底部，衬底安装在热电炉上部，热电偶设置在生长室内，并通过导线连接智能控温仪。
有益效果：一种制备氧化锌薄膜的超声喷雾热解装置，它克服了传统制备装置制备的氧化锌杂质和缺陷密度高的弊端，不需要真空设备,工艺简单、成本低廉, 容易实现多种元素掺杂，薄膜生长速率快,制备周期短，可连续大面积规模化生产。
附图说明
图1：本实用新型的整体结构示意图。
符号说明
1.气瓶A、2.气瓶B、3.气体流量计、4.混气室、5.开关、6.导管A、7.U型气液分离器、8.导管B、9.超声雾化器、10.生长室、11.衬底、12.热电炉、13.热电偶、14.智能控温仪。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明：
如图1所示，一种制备氧化锌薄膜的超声喷雾热解装置，包括气瓶A1、气瓶B2、气体流量计3、混气室4、开关5、导管A6、U型气液分离器7、导管B8、超声雾化器9、生长室10、衬底11、热电炉12、热电偶13、智能控温仪14，所述的气瓶A1和气瓶B2通过气体流量计3连接到混气室4，导管A6连接混气室4和U型气液分离器7，开关5设置在导管A6上，U型气液分离器7安装在超声雾化器9上，导管B8连接U型气液分离器7和生长室10，热电炉12安装在生长室10底部，衬底11安装在热电炉12上部，热电偶13设置在生长室10内，并通过导线连接智能控温仪14。
工作过程：
步骤1：将晶体硅片分别用丙酮、无水乙醇超声清洗，取出后干燥备用；
步骤2：用容量瓶配置一定浓度的醋酸锌溶液，用超声装置对醋酸锌溶液超声震荡10 min，使其混合均匀，转移至超声雾化器9；
步骤3：将清洗好的衬底11放置于热电炉12电热板中间，打开控温电热板进行预热，调节好喷嘴的位置，使喷嘴正对衬底11中心，距离衬底10 cm；
步骤4：打开开关5并调节气体流量计3，使两种气体的流量成一定比例，并使其在混气室4中均匀混合；
步骤5：连接好生长装置后,待温度达到450℃时，打开超声雾化器9并将功率开到预定值，根据实验条件的不同控制雾化量和雾化时间。
Claims (1)
1.一种制备氧化锌薄膜的超声喷雾热解装置，其特征在于：包括气瓶A（1）、气瓶B（2）、气体流量计（3）、混气室（4）、开关（5）、导管A（6）、U型气液分离器（7）、导管B（8）、超声雾化器（9）、生长室（10）、衬底（11）、热电炉（12）、热电偶（13）、智能控温仪（14），所述的气瓶A（1）和气瓶B（2）通过气体流量计（3）连接到混气室（4），导管A（6）连接混气室（4）和U型气液分离器（7），开关（5）设置在导管A（6）上，U型气液分离器（7）安装在超声雾化器（9）上，导管B（8）连接U型气液分离器（7）和生长室（10），热电炉（12）安装在生长室（10）底部，衬底（11）安装在热电炉（12）上部，热电偶（13）设置在生长室（10）内，并通过导线连接智能控温仪（14）。
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|---|---|---|---|---|
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