PL220304B1 - Sposób wytwarzania warstw tlenków metali - Google Patents

Sposób wytwarzania warstw tlenków metali

Info

Publication number
PL220304B1
PL220304B1 PL401419A PL40141912A PL220304B1 PL 220304 B1 PL220304 B1 PL 220304B1 PL 401419 A PL401419 A PL 401419A PL 40141912 A PL40141912 A PL 40141912A PL 220304 B1 PL220304 B1 PL 220304B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
substrate
solution
metal oxide
pva
spinning
Prior art date
Application number
PL401419A
Other languages
English (en)
Other versions
PL401419A1 (pl
Inventor
Anna Baranowska-Korczyc
Krzysztof Fronc
Danek Elbaum
Original Assignee
Inst Fizyki Polskiej Akademii Nauk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Fizyki Polskiej Akademii Nauk filed Critical Inst Fizyki Polskiej Akademii Nauk
Priority to PL401419A priority Critical patent/PL220304B1/pl
Publication of PL401419A1 publication Critical patent/PL401419A1/pl
Publication of PL220304B1 publication Critical patent/PL220304B1/pl

Links

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania warstw tlenków metali na metalicznych, izolacyjnych lub półprzewodnikowych podłożach. Warstwy wytworzone sposobem według wynalazku przeznaczone są do wytwarzania przyrządów elektronicznych takich jak diody elektroluminescencyjne, sensory biologiczne, baterie słoneczne, tranzystory polowe czy pokrycia antyrefleksyjne.
Warstwy tlenków metali wytwarzane są różnymi metodami. Na przykład w publikacjach: „Sol-gel-deposited ZnO thin films: A review”. Lamia Znaidi, Materials Science and Engineering B 174 (2010) 18-30 i „Low-emitting surfaces prepared by applying transparent aluminum-doped zinc oxide coatings via a sol-gel process” M. Rydzek, M. Reidinger, M. Arduini-Schuster, J. Manara, Thin Solid Films 520 (2012) 4114-4118 opisano sposób otrzymania polikrystalicznej warstwy ZnO. Według tego sposobu, najpierw przygotowane podłoża zanurza się w roztworach wodnych soli metali, następnie podłoża wyjmuje się z roztworu i suszy się. Po wysuszeniu wygrzewa się w wysokich temperaturach w powietrzu.
Innym sposobem wytwarzania warstw tlenków metali są sposoby znane z publikacji „Properties of ZnOAl Films Prepared by Spin Coating of Aged Precursor Solution” Shankar Prasad Shrestha, Rishi Ghimire, Jeevan Jyoti Nakarmi, Young-Sung Kim, Sabita Shrestha, Chong-Yun Park, Jin-Hyo Boo, Bull. Korean Chem. Soc. 2010, Vol. 31, No. 1, pp. 112-115, „Characteristics of La0.5Sr0.5CoO3 thin films fabricated by a simple metal-organic decomposition technique” Kyoung-Tae Kim, Chang-IlKim, Tae-Hyung Kim, Vacuum 74 (2004) 671-675, „Enhanced magnetic properties of chemical solution deposited BiFeO3 thin film with ZnO buffer layer” R. Rajalakshmi, Nagaiah Kambhala, S. Angappane, Materials Science and Engineering B 177(11) (2012) 908-912, „Low-Temperature, Aqueous-Solution-Processed Zinc Tin Oxide Thin Film Transistor” Jee Ho Park, Won Jin Choi, Jin Young Oh, Soo Sang Chae, Woo Soon Jang, Se Jong Lee, Kie Moon Song, Hong Koo Baik, Japanese Journal of Applied Physics 50 (2011) 070201, „Preparation of La0.5Sr0.5CoO3 powders and thin film from a new aqueous solution-gel precursor” J. Pagnaer, A. Hardy, D. Mondelaers, G. Vanhoyland, J. D'Haen, M.K. Van Bael, H. Van den Rul, J. Mullens, L.C. Van Poucke, Materials Science and Engineering B 118 (2005) 79-83, czy z „Alkoxide route to La0.5Sr0.5CoO3 epitaxial thin films on SrTiO3” G. Westin, M. Ottoson, A. Pohl, Thin Solid Films 516 (2008) 4673-4678. W tych sposobach najpierw powierzchnię podłoża pokrywa się (przez rozwirowanie) roztworami soli metali takich jak La, Sr, Co, a następnie podłoża takie wygrzewa się w wysokiej temperaturze w powietrzu lub tlenie.
Opisane powyżej sposoby umożliwiają wytwarzanie cienkich warstw, natomiast otrzymywanie tymi sposobami warstw grubszych, to znaczy powyżej 0,1 μm, nie jest możliwe.
Celem wynalazku jest opracowanie prostego i taniego sposobu wytwarzania na metalicznych, izolacyjnych lub półprzewodnikowych podłożach warstw tlenków metali, które charakteryzowałyby się dobrą jakością i szerokim zakresem grubości.
Sposób według wynalazku polega na tym, że powierzchnię podłoża metalicznego, izolacyjnego lub półprzewodnikowego pokrywa za pomocą rozwirowywania lub przez zanurzenie w roztworze zawierającym rozpuszczalne w wodzie sole metali oraz polimer - poli(alkohol winylowy) (PVA), a następnie suszy się i wygrzewa w powietrzu lub tlenie. W sposobie tym, powierzchnię podłoża pokrywa się jednorodną mieszaniną wodnego roztworu polimeru PVA o stężeniu do 12% i rozpuszczalnych w wodzie octanów i/lub azotanów metali. Przy czym stosunek wagowy soli metali do wodnego roztworu PVA wynosi 1:4-10. Pokrywanie podłoża prowadzi się rozwirowując roztwór na powierzchni podłoża z prędkością co najmniej 1000 obrotów/min. przez co najmniej 10 sekund. Pokryte podłoże suszy się, po czym wygrzewa się w powietrzu lub tlenie w temperaturze > 390°C przez minimum 30 minut.
Sposób według wynalazku jest sposobem tanim i prostym, bezpiecznym a wytworzone warstwy mogą osiągać grubość nawet kilkudziesięciu μm, dzięki sterowaniu lepkością polimeru oraz zmianą koncentracji azotanów/octanów.
Wynalazek zostanie bliżej objaśniony na pięciu przykładach. Na zdjęciach wykonanych za pomocą elektronowego mikroskopu skaningowego (SEM - Scanning Electron Microscope) pokazano przykładowe warstwy ZnO wytworzone na podłożu krzemowym, ilustrujące przykład 2 i 3. Zdjęcie na Fig. 1a pokazuje przełam otrzymanej warstwy ZnO z przykład u 2, a Fig. 1b - przełam warstwy ZnO z przykładu 3. Na Fig. 2 pokazano powierzchnię warstwy ZnO uzyskaną w przykładzie 5.
PL 220 304 B1
P r z y k ł a d 1
W pierwszym przykładzie wytworzono na podłożu krzemowym warstwę kobaltytów o wzorze SrxLa2-xCoO4.
Wyniki prezentowane są dla warstw o składzie x = 1.
Jako podłoża użyto Si(100), wybrano przewodzące podłoże, aby uniknąć efektu ładowania podłoża, które fałszuje wyniki pomiaru składu. Podłoża przed użyciem były odtłuszczane w trójchloroetylenie i płukane w metanolu w płuczce ultradźwiękowej. Przygotowano wodny roztwór polimeru PVA poli(alkohol winylowy) o stężeniu 7,7% (wagowo). Roztwór taki był przetrzymywany przez 5 dni w temperaturze około 60°C. Po tym okresie czasu roztwór stanowił jednorodną mieszaninę. Następnie wydzielono 1,625 g tego roztworu i dodano prekursory w postaci azotanu kobaltu Co(NO3)2x6H2O, azotanu lantanu La(NO3)3x6H2O oraz azotanu strontu Sr(NO3)2. Molowe stosunki metali wynosiły 1Sr:1La:1Co, co przekłada się na następujący skład roztworu. PVA - 1,625 g (7,7% wodny roztwór PVA), azotan kobaltu - 77,76 mg, azotan lantanu - 115,7 mg, azotan strontu - 56,55 mg.
Tak przygotowaną mieszaninę sonikuje się przez 1 godzinę, w celu uzyskania jednorodnego 2 roztworu. Następnie na każdy cm powierzchni podłoża odmierzono po 50 μΐ roztworu i rozprowadzono go. Rozprowadzanie prowadzono za pomocą rozwirowania z prędkością 3000 obr./min. przez 30 sek.
W wyniku tak prowadzonego procesu nakładania roztworu, uzyskano na podłożu jednorodną warstwę polimeru z prekursorami. Następnie podłoże z warstwą roztworu umieszczono najpierw w suszarce (75°C - 24h), po czym umieszczono je w piecu oporowym i grzano z prędkością 2°/min. do 800°C. W wyniku egzotermicznej reakcji spalania jaka zaszła w trakcie grzania między polimerem (reduktor) a azotanami (utleniacz) (zapłon około 500°C) otrzymano na podłożu Si warstwę kobaltytów i dużą ilość gazów (H2O, CO2, N2). Po osiągnięciu temperatury 800°C podłoże pozostawiono w piecu jeszcze przez 30 min., po czym schłodzono do temperatury pokojowej.
Otrzymana warstwa ma grubość około 330 nm zbudowana jest z krystalitów o rozmiarach od 30 do 100 nm.
P r z y k ł a d 2
Podobnie jak w przykładzie pierwszym, za pomocą roztworu polimeru PVA - alkohol poli(winylowy) (72 kDa) o stężeniu 7,14% oraz octanu cynku, na podłożu krzemowym wytwarzano warstwę ZnO. Rozwirowywanie roztworu na powierzchnię podłoża prowadzono z prędkością 3000 obr./min. Następnie warstwę wysuszono w temperaturze pokojowej przez 12 godzin, po czym wygrzano w powietrzu przez 1 godzinę w temperaturze 500°C. W wyniku tak prowadzonego procesu nakładania roztworu uzyskano na kwarcowym podłożu warstwę ZnO o grubości około 135 nm.
P r z y k ł a d 3
Podobnie jak w przykładzie drugim, za pomocą roztworu polimeru PVA - alkohol poli(winylowy) (72 kDa) o stężeniu 7,14% oraz octanu cynku, na podłożu krzemowym wytwarzano warstwę ZnO. Rozwirowywanie roztworu na powierzchnię podłoża prowadzono natomiast z prędkością 6000 obr./min. Następnie warstwę wysuszono w temperaturze pokojowej przez 12 godzin, po czym wygrzano w powietrzu przez 1 godzinę w temperaturze 500°C. W wyniku tak prowadzonego procesu nakładania roztworu uzyskano na kwarcowym podłożu warstwę ZnO o grubości około 120 nm.
Otrzymane (w przykładzie 2 i 3) warstwy miały różną grubość, grubość ta zależy od zastosowanej prędkości wirowania. Większa prędkość wirowania, 6000 obr./min. pozwoliła na uzyskanie cieńszych (~120 nm) warstw w porównaniu do tych uzyskiwanych przy prędkości 3000 obr./min. (~135 nm) (stężenie PVA w obu przykładach - 7,14%).
P r z y k ł a d 4
Podobnie jak w przykładzie drugim i trzecim, za pomocą roztworu polimeru PVA - alkohol poli(winylowy) (72 kDa), ale o stężeniu 7,69% oraz octanu cynku, i na innym podłożu - na podłożu kwarcowym wytwarzano warstwę ZnO. Rozwirowywanie roztworu na powierzchnię podłoża prowadzono z prędkością 3000 obr./min. Następnie warstwę wysuszono w temperaturze pokojowej przez 12 godzin, po czym wygrzano w powietrzu przez 1 godzinę w temperaturze 500°C. W wyniku tak prowadzonego procesu nakładania roztworu uzyskano na kwarcowym podłożu warstwę ZnO o grubości około 300 nm.
P r z y k ł a d 5
Podobnie jak w przykładach 2-4, za pomocą roztworu polimeru PVA - alkohol poli(winylowy) (72 kDa), ale o stężeniu 5,56% oraz octanu cynku, na podłożu kwarcowym wytwarzano warstwę ZnO. Rozwirowywanie roztworu na powierzchnię podłoża prowadzono z prędkością 3000 obr./min. Następnie warstwę wysuszono w temperaturze pokojowej przez 12 godzin, po czym wygrzano w powietrzu
PL 220 304 B1 przez 1 godzinę w temperaturze 500°C. W wyniku tak prowadzonego procesu nakładania roztworu uzyskano na kwarcowym podłożu warstwę ZnO o grubości około 90 nm.
Otrzymane (w przykładzie 4 i 5) warstwy miały różną grubość, zależną od zastosowanego stężenia roztworu polimeru. Większe stężenie wodnego roztworu polimeru PVA - 7,69% pozwoliło na uzyskanie grubszych warstw w porównaniu do tych otrzymywanych z roztworu polimeru o niższym stężeniu - 5,56%

Claims (2)

1. Sposób wytwarzania warstw tlenków metali, w którym powierzchnię podłoża, metalicznego, izolacyjnego lub półprzewodnikowego pokrywa się za pomocą rozwirowywania lub zanurzania roztworami rozpuszczalnych w wodzie soli tych metali, a następnie wygrzewa się, znamienny tym, że podłoża pokrywa się, jednorodną mieszaniną wodnego roztworu poli(alkoholu winylowego) - PVA o stężeniu do 12% i rozpuszczonych w wodzie octanów i/lub azotanów metali, przy czym stosunek wagowy soli metali do wodnego roztworu PVA wynosi 1:4-10, następnie pokryte podłoże suszy się przez co najmniej godzinę na powietrzu, po czym wygrzewa się w temperaturze > 390 przez minimum 30 minut.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pokrywanie podłoża za pomocą rozwirowywania prowadzi się rozwirowując mieszaninę roztworu na powierzchni podłoża z prędkością co najmniej 1000 obrotów/min. przez minimum 10 sekund.
PL401419A 2012-10-30 2012-10-30 Sposób wytwarzania warstw tlenków metali PL220304B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL401419A PL220304B1 (pl) 2012-10-30 2012-10-30 Sposób wytwarzania warstw tlenków metali

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL401419A PL220304B1 (pl) 2012-10-30 2012-10-30 Sposób wytwarzania warstw tlenków metali

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL401419A1 PL401419A1 (pl) 2014-05-12
PL220304B1 true PL220304B1 (pl) 2015-10-30

Family

ID=50636909

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL401419A PL220304B1 (pl) 2012-10-30 2012-10-30 Sposób wytwarzania warstw tlenków metali

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL220304B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL401419A1 (pl) 2014-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Iatsunskyi et al. Structural and XPS characterization of ALD Al2O3 coated porous silicon
CN102163555B (zh) 制造多成分薄膜的方法
Wang et al. Hydrophilic/hydrophobic surface of Al2O3 thin films grown by thermal and plasma-enhanced atomic layer deposition on plasticized polyvinyl chloride (PVC)
TWI537234B (zh) Solder gel solution for the formation of ferroelectric thin films
Cao et al. Growth characteristics of Ti-based fumaric acid hybrid thin films by molecular layer deposition
JP6887770B2 (ja) Pzt強誘電体膜の形成方法
JP2020532882A (ja) ペロブスカイト様構造を有する光吸収材料で作られるフィルムを合成するための方法
CN104692444B (zh) 一种制备二氧化铈纳米晶薄膜的方法
PL220304B1 (pl) Sposób wytwarzania warstw tlenków metali
KR101315268B1 (ko) 금속염 함유 조성물, 기판 및 기판의 제조 방법
Veber et al. Synthesis and microstructural characterization of Bi12SiO20 (BSO) thin films produced by the sol–gel process
JP5202961B2 (ja) 鉛、チタン、ジルコニウムおよびランタニドに基づいた安定な酸化物セラミック前駆体ゾル−ゲル溶液を調製する方法および前記セラミックを調製する方法
EP2959036B1 (fr) Procédé de formation d'un siliciure métallique a l'aide d'une solution contenant des ions or et des ions fluor
TWI358427B (pl)
KR101401419B1 (ko) 저유전 층간 절연물질 및 그 제조방법
TW202441021A (zh) 具有觸媒層的氧化錫積層膜及其形成方法
TW200536785A (en) Coating solutions for use in forming bismuth-based paraelectric or ferroelectric thin films, and bismuth-based paraelectric or ferroelectric thin films
KR101771568B1 (ko) 다공성의 금속 할라이드 박막 또는 후막 제조방법
TWI358431B (pl)
CN102229265A (zh) 一种钛酸锶钡多层薄膜及其制备方法
JPH05330823A (ja) ZnO薄膜の製法およびそれを用いた整流素子の製法
JP4351478B2 (ja) 誘電体薄膜の作成方法
Yazid et al. Study on the grain size of vanadium dioxide thin films using sol-gel spin coating method
KR101042252B1 (ko) 실리카 코팅층의 치밀도 및 평활도 향상을 위한 코팅 조성물 및 코팅 형성 방법
JP2021130575A (ja) 酸化亜鉛膜の製造方法及びトランジスタの製造方法