專利名稱：釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的光助溶膠-凝膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料表面化學(xué)鍍膜技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及在玻璃基底上制備釔摻雜氧化 鋅透明導(dǎo)電薄膜的光助溶膠-凝膠的制備方法。
背景技術(shù)：
摻雜氧化鋅薄膜在可見光波段具有良好的透光率、優(yōu)秀的導(dǎo)電性，因而同時(shí)具 有透明導(dǎo)電的功能；可以用于各類電子顯示的透明電極，及汽車、飛機(jī)的防霧風(fēng)擋玻璃 等。它不僅具有與ITO導(dǎo)電玻璃可比擬的電學(xué)和光學(xué)特性，而且具有原料儲量豐富、成 本較低、無毒、熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，使其有望成為ITO導(dǎo)電玻璃的最佳替代品。目前研 究較多的摻雜劑是第四主族元素，如B、Al、Ga、In，Y. Yamamoto等在文獻(xiàn)(Y. Yamamoto， K.Saito, K. Takahashi, M.Konagai. preparation of boron-doped ZnO film by photo-atomicdepositon,Solar Energy Materials & Solar Cells 65 (2001) 125-132)中 采用 B 作為摻雜劑；Ζ. F. Liu 等在文獻(xiàn)(Ζ. F. Liu, F. K. Shan, Y. X. Li, B. C. Shin, Y. S. Yu. Epitaxial growth and properties of Ga—doped ZnO filmsgrown by pulsed laser deposition, Journal of Crystal Growth 259(2003) 130-136)中采用 Ga 作為摻雜劑；馬 瑾在(一種鎵摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電膜的制備方法，CN:1718840A)中也采用Ga作為摻雜劑。 其中鋁作為摻雜劑研究的最多。但是由于鋁作為摻雜劑的AZO薄膜，由于受到載流子遷移率較低的影響， 薄膜的導(dǎo)電性能改善受到了抑制，最近文獻(xiàn)(Gregory J. Exarhos，Xiao-DongZhou. Discovery-based design of transparent conducting oxide films, Thin Solid Films 515(2007)7025-7052)報(bào)道了通過采用過渡元素?fù)诫s在理論上可以改進(jìn)摻雜透明導(dǎo)電 氧化物(TCO)薄膜的載流子遷移率，從而進(jìn)一步提高摻雜氧化鋅薄膜的導(dǎo)電性能。同時(shí) 也有部分文獻(xiàn)和專利報(bào)道了關(guān)于過渡元素?fù)诫s氧化鋅的制備，其中有錳(Mn)作為摻雜 劑(H. T. Cao, Z. L Pei，J. Gong, C. Sun，R. F. Huang，L S. Wen. Transparent conductiveAl and Mn doped thin films prepared by DC reactive magnetron sputtering， Surface and Coatings Technology 184(2004)84-92)；禮(Gd)作為摻雜劑(Wei Lin, Ruixin Ma, Wei Shao, Bin Liu. Structural, electricaland optical properties of Gd doped and undoped ZAO thin films preparedby RF magnetron sputtering， Applied Surface Science 253(2007)5179-5183)；鈷(Co)作為摻雜劑(Tadatsugu MinamiiShingo Suzuki, Toshihiro Miyata. Transparent conducting impurity-Co-doped AZO thinfiIms prepared by magnetron sputtering， Thin Solid Films 398-399(2001)53-58)；鐵(Ti) 作為摻雜劑(J. J. Lu，Y. Μ. Lu，S. I. Tasi，Τ. L Hsiung，H. P. Wang, L Y. Jang. Conductivity enhancement and semiconductor metaltransition in (Ti)doped ZnO films，Optical Materials 29(2007) 1548-1552)；鉬(Mo)作為摻雜劑(韓圣浩等，ZnO(Mo)透明導(dǎo)電薄膜 及制備方法，CN:1822242A)；鈮作為摻雜劑(葉志鎮(zhèn)等，Nb摻雜生長η型ZnO透明導(dǎo)電薄膜 的方法，CN:101245460A)；鋯作為摻雜劑(韓圣浩等，射頻磁控濺射法制備ZnO:&透明導(dǎo)電薄膜的方法，CN:1718841A)等。第IIIB族過渡元素釔具有和第IIIA族元素相同的離子 態(tài)，均為正三價(jià)的離子，作為摻雜劑有望進(jìn)一步降低摻雜氧化鋅薄膜的電阻。氧化鋅薄膜的制備方法包括有磁控濺射法(Zhou Y，Kelly P J, PostillA, et al.The characteristics of aluminium-doped zinc oxide filmsprepared by pulsed magnetron sputtering from powder targets. Thin SolidFilms 447-448(2004)33-39)； 脈沖激光沉禾只法(Kim H, Pique A,HorwitzJ. S, et al. Effect of aluminum doping on zinc oxide thin films grownby pulsed laser deposition for organic light-emitting devices. ThinSolid Films, 377-378 (2000) 798-802)；溶膠一凝膠法(Musat V,TeixeiraB, Fortunato Ε, et al. Al-doped ZnO thin films by sol-gel method. Surface and Coatings Technology, 180-181 (2004) 659-662)；化學(xué)氣相沉積法(Teresa Μ. Barnes, Jacquelyn Leaf,Cassandra Fry,et al. Roomtemperature chemical vapor deposition of c-axis ZnO. Journal of CrystalGrowth，274 (2005) 412-417)；噴涂熱分解法(Mohammad M Τ, Hashim AA, Al-Maamory M H. Highly conductive and transparent ZnO thin fiImsPrepared by spray pyrolysis technique. Materials Chemistry andPhysics, 99(2006)382-387)等。專利報(bào)道的ZnO基透明導(dǎo)電薄膜的制備方法多為濺射法，參見 嚴(yán)金明等，一種直流磁控共濺射法制備Ζη0:Α1透明導(dǎo)電薄膜的方法，CN :1944705A ；韓圣 浩等，ZnO(Mo)透明導(dǎo)電薄膜及制備方法，CN:1822242A;韓圣浩等，射頻磁控濺射法制備 ZnO:&透明導(dǎo)電薄膜的方法，CN:1718841A等。然而濺射法對設(shè)備的要求較高，需要真空 設(shè)備，同時(shí)濺射靶材的制備也比較困難，從而使得該方法的制作成本比較高。而溶膠-凝膠 法是一種綠色的化學(xué)方法，它由于無需真空設(shè)備，工藝簡單，因而大幅降低制作成本，適于 批量生產(chǎn)；溶膠-凝膠法后處理溫度低，適合于各種襯底，生成的薄膜均勻性好，對襯底的 附著力強(qiáng)；此外該方法易于控制薄膜組分，可以在分子水平控制摻雜，尤其適合于制備摻雜 水平要求精確的薄膜，所以被大家認(rèn)為是一種非常合適的制備摻雜ZnO薄膜的方法。由于 溶膠-凝膠法的特點(diǎn)決定，要想得到一定厚度的薄膜必須多次重復(fù)涂膜。文獻(xiàn)中采用的方 式一般是將溶膠經(jīng)旋涂(或提拉)涂到基底上后，要經(jīng)過前熱處理形成凝膠膜后，再重復(fù) 旋涂(或提拉)、熱處理得到第二層，重復(fù)以上操作多次直到預(yù)期厚度為止，最后進(jìn)行退火 處理得到摻雜的ZnO微晶薄膜。即采用分層涂覆，最終一次退火的方式。參見文獻(xiàn)(①Xu Zi—qiang，Deng Hong,Li Yan，et al. Al-doping effects on structure，electrical and optical properties ofc—axis—orientated ZnO:Al thin films， Materials Science inSemiconductor Processing，9(2006)132-135 ； ② Kuo Shou-Yi, ChenWei-Chun, Lai Fang-I, et al. Effects of doping concentration andannealing temperature on properties of highly-oriented Al-doped ZnOfilms, Journal of Crystal Growth, 287(2006)78-84;③尹玉剛，沈鴻烈，樓曉波等.溶膠一凝膠法生長(002)高度擇優(yōu)取向的 Ζη0:Α1薄膜.功能材料，39(2008) 1122-1124)。而Gregory J. Exarhos等認(rèn)為在合適的溫度 原位退火有可能通過提高薄膜的載流子遷移率而改善薄膜的電學(xué)性質(zhì)，所以對于溶膠-凝 膠法制備摻雜ZnO薄膜來說，采用分層退火(即每涂一層都進(jìn)行退火處理)可能更有利于 改善薄膜的電學(xué)性質(zhì)。此外，文獻(xiàn)報(bào)道光照(特別是紫外光照射)對有改善ZnO薄膜的導(dǎo)電性的作用， Seung Yeop Myong JfIKoeng Su Lim在文獻(xiàn)(Seung Yeop Myong，KoengSu Lim. Improvementof electrical and optical properties of ZnO thinfilms prepared by MOCVD using UV light irradiation and in situ H2post-treatment,Solar Energy Materials & Solar Cells 86(2005) 105-112)中采用紫外光照射提高了 ZnO薄膜的導(dǎo)電性。但在文獻(xiàn)和專利中 沒有關(guān)于紫外光照射與溶膠_凝膠法結(jié)合使用制備摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于將紫外光照射與傳統(tǒng)的溶膠-凝膠法結(jié)合，形成一種新的ZnO 基透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，即光助溶膠-凝膠法；同時(shí)在制備過程中改用分層退火的方 式；并采用過渡元素釔作為摻雜元素以改善薄膜的電學(xué)性質(zhì)。本發(fā)明的釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的光助溶膠_凝膠的制備方法包括以下步 驟(1)將醋酸鋅、乙醇胺穩(wěn)定劑和乙二醇獨(dú)甲醚溶劑置于容器中，其中醋酸鋅在混合 液中的濃度為0.5mol/L，醋酸鋅和乙醇胺的摩爾比為1 1 ；然后置于70°C的水浴中并攪 拌(一般為1小時(shí)左右)后，向容器中加入硝酸釔摻雜劑，其中，硝酸釔與醋酸鋅的摩爾比 值為0. 5% 5%，繼續(xù)在70°C水浴中加熱攪拌(一般為2小時(shí)左右)，制備得到溶膠；(2)將步驟(1)得到的溶膠采用旋涂的方法涂覆到已清洗干凈的玻璃基底上，然 后將涂有溶膠的玻璃基底在溫度為50 200°C的加熱板上干燥(一般為5 30分鐘)后， 再置于溫度為300 600°C的馬弗爐中退火1 20分鐘；重復(fù)涂覆溶膠、干燥、退火步驟， 以采用分層退火方式得到預(yù)先設(shè)計(jì)所需厚度的薄膜；(3)將步驟(2)得到的薄膜用256nm的紫外光照射(一般為10 30天)，定時(shí)測 量薄膜的電阻，直到薄膜電阻恒定時(shí)停止紫外光照射，得到釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。步驟(2)所述的清洗干凈的玻璃基底，其清洗可依次用洗滌劑、3mol/L的H2SO4溶 液、lmol/L的NaOH溶液、去離子水、丙酮、無水乙醇超聲清洗。本發(fā)明采用光助溶膠-凝膠法和分層退火方式，以醋酸鋅和硝酸釔為原料，乙二 醇獨(dú)甲醚為溶劑，乙醇胺為穩(wěn)定劑制備溶膠，通過調(diào)節(jié)釔的摻雜量，控制干燥和退火的溫度 及時(shí)間，并采用紫外光照射來實(shí)現(xiàn)對釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜電學(xué)性質(zhì)的控制。本發(fā)明 制備得到的釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的電阻率為2. 1Χ10_2Ω .CmNS-IXliT2Q · cm, 可見光區(qū)的透光率(含基底)為85%以上。并且薄膜(包括每一層的薄膜)是由六方纖鋅 礦結(jié)構(gòu)的氧化鋅納米晶粒構(gòu)成，晶粒大小均勻(約20nm)，排列致密，且晶粒具有c軸優(yōu)先生 長取向。本發(fā)明具有以下特點(diǎn)(1)光助溶膠-凝膠法具有設(shè)備簡易，操作簡單，生產(chǎn)成本低，適于批量生產(chǎn)；且適 合于各種襯底(優(yōu)選普通玻璃)，生成的薄膜均勻性好，對襯底的附著力強(qiáng)；此外該方法易 于控制薄膜組分，可以在分子水平控制摻雜等優(yōu)點(diǎn)；(2)光助溶膠_凝膠法與傳統(tǒng)溶膠-凝膠法相比，借助紫外光的照射可以改善薄膜 的電學(xué)性質(zhì)；(3)本發(fā)明采用的退火方式為分層退火法，這樣有利于薄膜晶體的生長，從而有利 于提高薄膜的電學(xué)性能；同時(shí)采用了分層退火法，可以省去了文獻(xiàn)中報(bào)道的溶膠-凝膠法 制備過程中的熱處理步驟，從而縮短了薄膜的制備時(shí)間。
(4)采用過渡元素釔替代第四主族元素作為摻雜劑，從而進(jìn)一步改善薄膜的電學(xué) 性質(zhì)。


圖1.光助溶膠_凝膠法制備釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的工藝流程圖。圖2.本發(fā)明實(shí)施例1釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的XRD圖。圖3.本發(fā)明實(shí)施例1釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的透光光譜圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1請參見圖1。(1)溶膠的制備稱取2. 2g醋酸鋅于50mL的錐形瓶中，加入19. 4mL乙二醇獨(dú)甲 醚和0. 6mL乙醇胺，70°C的水浴中攪拌加熱1小時(shí)后，向錐形瓶中加入0. 1149g硝酸釔(摻 雜量3. 0% )，繼續(xù)加熱攪拌2小時(shí)，得到透明澄清的溶膠，冷卻到室溫后備用；(2)玻璃基底的清洗將普通的玻璃依次用洗滌劑、3mol/L的H2SO4溶液、lmol/L 的NaOH溶液、去離子水、丙酮、無水乙醇超聲清洗；(3)薄膜的制備將步驟⑴得到的溶膠采用旋涂的方法涂覆到經(jīng)步驟(2)清洗 干凈的玻璃基底上；然后將涂有溶膠的玻璃基底在80°C加熱板上干燥10分鐘后，再置于 450°C的馬弗爐中退火2分鐘，重復(fù)以上的溶膠涂覆、干燥和退火十次，得到預(yù)先設(shè)計(jì)所需 厚度的薄膜；(4)將步驟(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定時(shí)測量薄膜電阻， 10天后薄膜電阻恒定，得到釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。薄膜是由六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化 鋅納米晶粒構(gòu)成，晶粒大小均勻(約20nm)，排列致密，且晶粒具有c軸優(yōu)先生長取向。釔摻 雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的XRD圖如圖2所示；透光光譜圖如圖3所示。(5)薄膜性能膜厚約300nm ；方阻0·7ΚΩ/□；電阻率約 2. 1 X 1(Γ2 Ω · cm ；可見光區(qū)透光率85% 95% (連同玻璃基底一起測量)。實(shí)施例2(1)溶膠的制備稱取2. 2g醋酸鋅于50mL的錐形瓶中，加入19. 4mL乙二醇獨(dú)甲 醚和0. 6mL乙醇胺，700C的水浴中攪拌加熱1小時(shí)后，向錐形瓶中加入0. 0192g硝酸釔(摻 雜量0. 5% )，繼續(xù)加熱攪拌2小時(shí)，得到透明澄清的溶膠，冷卻到室溫后備用；(2)玻璃基底的清洗將普通的玻璃依次用洗滌劑、3mol/L的H2SO4溶液、lmol/L 的NaOH溶液、去離子水、丙酮、無水乙醇超聲清洗；(3)薄膜的制備將步驟⑴得到的溶膠采用旋涂的方法涂覆到經(jīng)步驟(2)清洗 干凈的玻璃基底上；然后將涂有溶膠的玻璃基底在80°C加熱板上干燥10分鐘后，再置于 450°C的馬弗爐中退火2分鐘，重復(fù)以上的溶膠涂覆、干燥和退火十次，得到預(yù)先設(shè)計(jì)所需 厚度的薄膜；
(4)將步驟(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定時(shí)測量薄膜電阻， 10天后薄膜電阻恒定，得到釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。薄膜是由六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化 鋅納米晶粒構(gòu)成，晶粒大小均勻(約20nm)，排列致密，且晶粒具有c軸優(yōu)先生長取向。(5)薄膜性能膜厚約300nm ；方阻1·4ΚΩ/□；電阻率約 4. 2 X 1(Γ2 Ω · cm ；可見光區(qū)透光率85% 95% (連同玻璃基底一起測量)。實(shí)施例3(1)溶膠的制備稱取2. 2g醋酸鋅于50mL的錐形瓶中，加入19. 4mL乙二醇獨(dú)甲 醚和0. 6mL乙醇胺，700C的水浴中攪拌加熱1小時(shí)后，向錐形瓶中加入0. 1915g硝酸釔(摻 雜量5. 0% )，繼續(xù)加熱攪拌2小時(shí)，得到透明澄清的溶膠，冷卻到室溫后備用；(2)玻璃基底的清洗將普通的玻璃依次用洗滌劑、3mol/L的H2SO4溶液、lmol/L 的NaOH溶液、去離子水、丙酮、無水乙醇超聲清洗；(3)薄膜的制備將步驟(1)得到的溶膠采用旋涂的方法涂覆到經(jīng)步驟(2)清洗 干凈的玻璃基底上；然后將涂有溶膠的玻璃基底在80°C加熱板上干燥10分鐘后，再置于 450°C的馬弗爐中退火2分鐘，重復(fù)以上的溶膠涂覆、干燥和退火十次，得到預(yù)先設(shè)計(jì)所需 厚度的薄膜；(4)將步驟(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定時(shí)測量薄膜電阻， 15天后薄膜電阻恒定，得到釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。薄膜是由六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化 鋅納米晶粒構(gòu)成，晶粒大小均勻(約20nm)，排列致密，且晶粒具有c軸優(yōu)先生長取向。(5)薄膜性能膜厚約300nm ；方阻2·4ΚΩ/□；電阻率約 7. 2 X 1(Γ2 Ω · cm ；可見光區(qū)透光率85% 95% (連同玻璃基底一起測量)。實(shí)施例4(1)溶膠的制備稱取2. 2g醋酸鋅于50mL的錐形瓶中，加入19. 4mL乙二醇獨(dú)甲 醚和0. 6mL乙醇胺，70°C的水浴中攪拌加熱1小時(shí)后，向錐形瓶中加入0. 1149g硝酸釔(摻 雜量3. 0% )，繼續(xù)加熱攪拌2小時(shí)，得到透明澄清的溶膠，冷卻到室溫后備用；(2)玻璃基底的清洗將普通的玻璃依次用洗滌劑、3mol/L的H2SO4溶液、lmol/L 的NaOH溶液、去離子水、丙酮、無水乙醇超聲清洗；(3)薄膜的制備將步驟⑴得到的溶膠采用旋涂的方法涂覆到經(jīng)步驟(2)清洗 干凈的玻璃基底上；然后將涂有溶膠的玻璃基底在50°C加熱板上干燥10分鐘后，再置于 450°C的馬弗爐中退火2分鐘，重復(fù)以上的溶膠涂覆、干燥和退火十次，得到預(yù)先設(shè)計(jì)所需 厚度的薄膜；(4)將步驟(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定時(shí)測量薄膜電阻， 10天后薄膜電阻恒定，得到釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。薄膜是由六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化 鋅納米晶粒構(gòu)成，晶粒大小均勻(約20nm)，排列致密，且晶粒具有c軸優(yōu)先生長取向。
(5)薄膜性能膜厚約300nm ；方阻2·5ΚΩ/□；電阻率約 7. 5 X 1(Γ2 Ω · cm ；可見光區(qū)透光率85% 95% (連同玻璃基底一起測量)。實(shí)施例5(1)溶膠的制備稱取2. 2g醋酸鋅于50mL的錐形瓶中，加入19. 4mL乙二醇獨(dú)甲 醚和0. 6mL乙醇胺，70°C的水浴中攪拌加熱1小時(shí)后，向錐形瓶中加入0. 1149g硝酸釔(摻 雜量3. 0% )，繼續(xù)加熱攪拌2小時(shí)，得到透明澄清的溶膠，冷卻到室溫后備用；(2)玻璃基底的清洗將普通的玻璃依次用洗滌劑、3mol/L的H2SO4溶液、lmol/L 的NaOH溶液、去離子水、丙酮、無水乙醇超聲清洗；(3)薄膜的制備將步驟⑴得到的溶膠采用旋涂的方法涂覆到經(jīng)步驟(2)清洗 干凈的玻璃基底上；然后將涂有溶膠的玻璃基底在200°C加熱板上干燥10分鐘后，再置于 450°C的馬弗爐中退火5分鐘，重復(fù)以上的溶膠涂覆、干燥和退火十次，得到預(yù)先設(shè)計(jì)所需 厚度的薄膜；(4)將步驟(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定時(shí)測量薄膜電阻， 10天后薄膜電阻恒定，得到釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。薄膜是由六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化 鋅納米晶粒構(gòu)成，晶粒大小均勻(約20nm)，排列致密，且晶粒具有c軸優(yōu)先生長取向。(5)薄膜性能膜厚約 300nm ；方阻2·7ΚΩ/□；電阻率約 8. 1 X 1(Γ2 Ω · cm ；可見光區(qū)透光率85% 95% (連同玻璃基底一起測量)。實(shí)施例6(1)溶膠的制備稱取2. 2g醋酸鋅于50mL的錐形瓶中，加入19. 4mL乙二醇獨(dú)甲 醚和0. 6mL乙醇胺，700C的水浴中攪拌加熱1小時(shí)后，向錐形瓶中加入0. 0958g硝酸釔(摻 雜量2. 5% )，繼續(xù)加熱攪拌2小時(shí)，得到透明澄清的溶膠，冷卻到室溫后備用；(2)玻璃基底的清洗將普通的玻璃依次用洗滌劑、3mol/L的H2SO4溶液、lmol/L 的NaOH溶液、去離子水、丙酮、無水乙醇超聲清洗；(3)薄膜的制備將步驟(1)得到的溶膠采用旋涂的方法涂覆到經(jīng)步驟(2)清洗 干凈的玻璃基底上；然后將涂有溶膠的玻璃基底在80°C加熱板上干燥10分鐘后，再置于 300°C的馬弗爐中退火2分鐘，重復(fù)以上的溶膠涂覆、干燥和退火十次，得到預(yù)先設(shè)計(jì)所需 厚度的薄膜；(4)將步驟(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定時(shí)測量薄膜電阻， 10天后薄膜電阻恒定，得到釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。薄膜是由六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化 鋅納米晶粒構(gòu)成，晶粒大小均勻(約20nm)，排列致密，且晶粒具有c軸優(yōu)先生長取向。(5)薄膜性能膜厚約300nm ；方阻2·2ΚΩ/□；
電阻率約 6. 6 X 102 Ω · cm ；可見光區(qū)透光率85% 95% (連同玻璃基底一起測量)。實(shí)施例7(1)溶膠的制備稱取2. 2g醋酸鋅于50mL的錐形瓶中，加入19. 4mL乙二醇獨(dú)甲 醚和0. 6mL乙醇胺，70°C的水浴中攪拌加熱1小時(shí)后，向錐形瓶中加入0. 1149g硝酸釔(摻 雜量3. 0% )，繼續(xù)加熱攪拌2小時(shí)，得到透明澄清的溶膠，冷卻到室溫后備用；(2)玻璃基底的清洗將普通的玻璃依次用洗滌劑、3mol/L的H2SO4溶液、lmol/L 的NaOH溶液、去離子水、丙酮、無水乙醇超聲清洗；(3)薄膜的制備將步驟(1)得到的溶膠采用旋涂的方法涂覆到經(jīng)步驟(2)清洗干凈的玻璃基底上；然后將涂有溶膠的玻璃基底在80°C加熱板上干燥10 分鐘后，再置于600°C的馬弗爐中退火2分鐘，重復(fù)以上的溶膠涂覆、干燥和退火十次，得到 預(yù)先設(shè)計(jì)所需厚度的薄膜；(4)將步驟(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定時(shí)測量薄膜電阻， 20天后薄膜電阻恒定，得到釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。薄膜是由六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化 鋅納米晶粒構(gòu)成，晶粒大小均勻(約20nm)，排列致密，且晶粒具有c軸優(yōu)先生長取向。(5)薄膜性能膜厚約300nm ；方阻0·87ΚΩ/□；電阻率約 2. 6Χ102Ω · cm ；可見光區(qū)透光率85% 95% (連同玻璃基底一起測量)。實(shí)施例8(1)溶膠的制備稱取2. 2g醋酸鋅于50mL的錐形瓶中，加入19. 4mL乙二醇獨(dú)甲 醚和0. 6mL乙醇胺，70°C的水浴中攪拌加熱1小時(shí)后，向錐形瓶中加入0. 1149g硝酸釔(摻 雜量3. 0% )，繼續(xù)加熱攪拌2小時(shí)，得到透明澄清的溶膠，冷卻到室溫后備用；(2)玻璃基底的清洗將普通的玻璃依次用洗滌劑、3mol/L的H2SO4溶液、lmol/L 的NaOH溶液、去離子水、丙酮、無水乙醇超聲清洗；(3)薄膜的制備將步驟(1)得到的溶膠采用旋涂的方法涂覆到經(jīng)步驟(2)清洗干凈的玻璃基底上；然后將涂有溶膠的玻璃基底在80°C加熱板上干燥5 分鐘后，再置于450°C的馬弗爐中退火2分鐘，重復(fù)以上的溶膠涂覆、干燥和退火十次，得到 預(yù)先設(shè)計(jì)所需厚度的薄膜；(4)將步驟(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定時(shí)測量薄膜電阻， 15天后薄膜電阻恒定，得到釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。薄膜是由六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化 鋅納米晶粒構(gòu)成，晶粒大小均勻(約20nm)，排列致密，且晶粒具有c軸優(yōu)先生長取向。(5)薄膜性能膜厚約300nm;方阻0.9ΚΩ/□；電阻率約 2. 7Χ102Ω · cm ；可見光區(qū)透光率85% 95% (連同玻璃基底一起測量)。實(shí)施例9
(1)溶膠的制備稱取2. 2g醋酸鋅于50mL的錐形瓶中，加入19. 4mL乙二醇獨(dú)甲 醚和0. 6mL乙醇胺，700C的水浴中攪拌加熱1小時(shí)后，向錐形瓶中加入0. 0768g硝酸釔(摻 雜量2. 0% )，繼續(xù)加熱攪拌2小時(shí)，得到透明澄清的溶膠，冷卻到室溫后備用；(2)玻璃基底的清洗將普通的玻璃依次用洗滌劑、3mol/L的H2SO4溶液、lmol/L 的NaOH溶液、去離子水、丙酮、無水乙醇超聲清洗；(3)薄膜的制備將步驟⑴得到的溶膠采用旋涂的方法涂覆到經(jīng)步驟(2)清洗 干凈的玻璃基底上；然后將涂有溶膠的玻璃基底在80°C加熱板上干燥30分鐘后，再置于 400°C的馬弗爐中退火2分鐘，重復(fù)以上的溶膠涂覆、干燥和退火十次，得到預(yù)先設(shè)計(jì)所需 厚度的薄膜；(4)將步驟(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定時(shí)測量薄膜電阻， 25天后薄膜電阻恒定，得到釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。薄膜是由六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化 鋅納米晶粒構(gòu)成，晶粒大小均勻(約20nm)，排列致密，且晶粒具有c軸優(yōu)先生長取向。(5)薄膜性能膜厚約300nm;方阻2.5ΚΩ/□；電阻率約 7. 5Χ1(Γ2Ω · cm ；可見光區(qū)透光率85% 95% (連同玻璃基底一起測量)。實(shí)施例10(1)溶膠的制備稱取2. 2g醋酸鋅于50mL的錐形瓶中，加入19. 4mL乙二醇獨(dú)甲 醚和0. 6mL乙醇胺，700C的水浴中攪拌加熱1小時(shí)后，向錐形瓶中加入0. 0958g硝酸釔(摻 雜量2. 5% )，繼續(xù)加熱攪拌2小時(shí)，得到透明澄清的溶膠，冷卻到室溫后備用；(2)玻璃基底的清洗將普通的玻璃依次用洗滌劑、3mol/L的H2SO4溶液、lmol/L 的NaOH溶液、去離子水、丙酮、無水乙醇超聲清洗；(3)薄膜的制備將步驟⑴得到的溶膠采用旋涂的方法涂覆到經(jīng)步驟(2)清洗 干凈的玻璃基底上；然后將涂有溶膠的玻璃基底在80°C加熱板上干燥10分鐘后，再置于 450°C的馬弗爐中退火1分鐘，重復(fù)以上的溶膠涂覆、干燥和退火十次，得到預(yù)先設(shè)計(jì)所需 厚度的薄膜；(4)將步驟(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定時(shí)測量薄膜電阻， 25天后薄膜電阻恒定，得到釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。薄膜是由六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化 鋅納米晶粒構(gòu)成，晶粒大小均勻(約20nm)，排列致密，且晶粒具有c軸優(yōu)先生長取向。(5)薄膜性能膜厚約300nm;方阻2.2ΚΩ/□；電阻率約 6. 6Χ1(Γ2Ω · cm ；可見光區(qū)透光率85% 95% (連同玻璃基底一起測量)。實(shí)施例11(1)溶膠的制備稱取2. 2g醋酸鋅于50mL的錐形瓶中，加入19. 4mL乙二醇獨(dú)甲 醚和0. 6mL乙醇胺，700C的水浴中攪拌加熱1小時(shí)后，向錐形瓶中加入0. 1532g硝酸釔(摻 雜量4. 0% )，繼續(xù)加熱攪拌2小時(shí)，得到透明澄清的溶膠，冷卻到室溫后備用；
(2)玻璃基底的清洗將普通的玻璃依次用洗滌劑、3mol/L的H2SO4溶液、lmol/L 的NaOH溶液、去離子水、丙酮、無水乙醇超聲清洗；(3)薄膜的制備將步驟⑴得到的溶膠采用旋涂的方法涂覆到經(jīng)步驟(2)清洗干凈的玻璃基底上；然后將涂有溶膠的玻璃基底在80°C加熱板上干燥10 分鐘后，再置于500°C的馬弗爐中退火20分鐘，重復(fù)以上的溶膠涂覆、干燥和退火十次，得 到預(yù)先設(shè)計(jì)所需厚度的薄膜；(4)將步驟(3)得到的薄膜置于256nm的紫外光下照射，每天定時(shí)測量薄膜電阻， 30天后薄膜電阻恒定，得到釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。薄膜是由六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化 鋅納米晶粒構(gòu)成，晶粒大小均勻(約20nm)，排列致密，且晶粒具有c軸優(yōu)先生長取向。(5)薄膜性能膜厚約300nm;方阻2.4ΚΩ/□；電阻率約 7. 2Χ1(Γ2Ω · cm ；可見光區(qū)透光率85% 95% (連同玻璃基底一起測量)。
權(quán)利要求
一種釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的光助溶膠 凝膠的制備方法，其特征是，該方法包括以下步驟(1)將醋酸鋅、乙醇胺和乙二醇獨(dú)甲醚置于容器中，其中醋酸鋅在混合液中的濃度為0.5mol/L，醋酸鋅和乙醇胺的摩爾比為1∶1；然后置于70℃的水浴中并攪拌后，向容器中加入硝酸釔摻雜劑，其中，硝酸釔與醋酸鋅的摩爾比值為0.5％～5％，繼續(xù)在70℃水浴中加熱攪拌，制備得到溶膠；(2)將步驟(1)得到的溶膠采用旋涂的方法涂覆到已清洗干凈的玻璃基底上，然后將涂有溶膠的玻璃基底在溫度為50～200℃的加熱板上干燥后，再置于溫度為300～600℃的馬弗爐中退火1～20分鐘；重復(fù)涂覆溶膠、干燥、退火步驟，以采用分層退火方式得到預(yù)先設(shè)計(jì)所需厚度的薄膜；(3)將步驟(2)得到的薄膜用256nm的紫外光照射，定時(shí)測量薄膜的電阻，直到薄膜電阻恒定時(shí)停止紫外光照射，得到釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的在溫度為50 200°C的加熱板上干 燥的時(shí)間為5 30分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的電阻 率為 2. 1 X 1(Γ2 Ω · cm 8· 1 X 1(Γ2 Ω · cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征是所述的釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜在 含玻璃基底時(shí)，在可見光區(qū)的透光率為85%以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征是所述的釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜是 由六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化鋅納米晶粒構(gòu)成，且晶粒具有c軸優(yōu)先生長取向。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是所述的釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜是由六 方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化鋅納米晶粒構(gòu)成，且晶粒具有c軸優(yōu)先生長取向。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是所述的晶粒大小為20nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是所述的晶粒大小為20nm。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料表面化學(xué)鍍膜技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及在玻璃基底上制備釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的光助溶膠-凝膠的制備方法。本發(fā)明采用光助溶膠-凝膠法和分層退火方式，以醋酸鋅和硝酸釔為原料，乙二醇獨(dú)甲醚為溶劑，乙醇胺為穩(wěn)定劑制備溶膠，通過調(diào)節(jié)釔的摻雜量，控制干燥和退火的溫度及時(shí)間，并采用紫外光照射來實(shí)現(xiàn)對釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜電學(xué)性質(zhì)的控制。本發(fā)明制備得到的釔摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜的電阻率為2.1×10-2Ω·cm～8.1×10-2Ω·cm，可見光區(qū)的透光率(含基底)為85％以上。并且薄膜是由六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化鋅納米晶粒構(gòu)成，晶粒大小均勻，排列致密，晶粒具有c軸優(yōu)先生長取向。
文檔編號C23C18/12GK101994103SQ20091009124
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月17日
發(fā)明者張?zhí)鞂? 李金培 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所