一種大面積合成氧化亞錫半導(dǎo)體光電薄膜材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大面積合成氧化亞錫半導(dǎo)體光電薄膜材料的方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]二元化合物SnO是一種具有寬禁帶寬度(2.5?3.0eV)的p型半導(dǎo)體材料，霍爾迀移率大約為4.Scm2W1s'由于該材料合適的禁帶寬度，SnO半導(dǎo)體被認(rèn)為是一種潛在的透明導(dǎo)電氧化物材料(TCO)，并且其光電轉(zhuǎn)化性質(zhì)也在近年來被報(bào)道。在SnO材料中Sn的5s軌道和氧的2p軌道能量相近，這種能量關(guān)系使SnO中的價(jià)帶頂位置的能級(jí)不為氧原子完全占有，從而導(dǎo)致了 SnO較強(qiáng)的空穴導(dǎo)電能力。目前P型TCO材料較少，與P型ZnO等TCO材料相比SnO具有更高的穩(wěn)定性。目前，該材料在TC0、鋰離子電池、氣敏器件、鐵電場(chǎng)效應(yīng)記憶器件等方面均有被應(yīng)用的報(bào)道。
[0003]近年來隨著光電薄膜材料的發(fā)展，SnO薄膜材料的制備和應(yīng)用引起了人們廣泛的研宄。到目前為止，報(bào)道了多種基于反應(yīng)派射制備SnO薄膜材料的方法。Vu Xuan Hien等人利用射頻反應(yīng)濺射的方法通過控制沉積過程中02/Ar的比例、沉積速率和后期熱處理溫度(3000C )等條件制備了 SnO薄膜材料，并對(duì)其在顯3氣敏方面的應(yīng)用進(jìn)行了研宄。Po-ChingHsu等人利用也對(duì)射頻反應(yīng)濺射制備SnO薄膜材料行了研宄，該課題組使用SnO2靶材在還原性氣氛H2中濺射并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在濺射過程中嚴(yán)格控制H Jkr氣體的比例，并將得到的薄膜在真空中300°C的條件下處理I小時(shí)，最終獲得了 SnO半導(dǎo)體薄膜并對(duì)所得薄膜進(jìn)行了光學(xué)及電學(xué)性質(zhì)的表征。Hideo Hosono課題組利用脈沖激光沉積(Pulsed LaserDeposit1n，PLD)的方法制備出了 SnO薄膜材料，在KT6Pa條件下利用248nm KfF激光對(duì)SnO陶瓷靶進(jìn)行加熱，激光強(qiáng)度為1.5J/cm2，基底溫度為275-500°C，成膜后處理溫度為300-500°C，最終獲得了不同結(jié)晶程度的SnO薄膜，并對(duì)所得SnO薄膜的物理性質(zhì)進(jìn)行了表征。
[0004]上述射頻反應(yīng)濺射或者PLD方法都成功地制備出了 SnO半導(dǎo)體薄膜材料，但是制備過程中需要高能激光、射頻電源、還原性氣體等，且沉積設(shè)備復(fù)雜，沉積條件苛刻，導(dǎo)致了SnO薄膜材料制備的局限性和不穩(wěn)定性。
[0005]發(fā)明人利用一種元素直接反應(yīng)法制備氧化亞錫半導(dǎo)體薄膜材料，即利用直流磁控濺射在基底(FT0玻璃，普通載玻片等)表面大面積沉積錫單質(zhì)薄膜，在100°C?400°C條件下，空氣中煅燒15min?4h，就可以得到純度高、致密、透光性好的氧化亞錫薄膜。該方法重復(fù)性好，制備條件要求不高，能夠大面積制備氧化亞錫半導(dǎo)體光電薄膜材料，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]本發(fā)明所要解決的問題是:克服目前制備SnO需要依靠復(fù)雜設(shè)備、苛刻沉積條件等缺點(diǎn)，提供了一種簡(jiǎn)單方法原位制備SnO半導(dǎo)體光電薄膜材料的方法，制備成本低，能大面積成膜，具有很好的應(yīng)用前景。
[0007]本發(fā)明采用元素直接反應(yīng)的方法，將濺射在不同基底、不同厚度的Sn薄膜(50nm?400nm)置于管式爐中，經(jīng)過100°C?400°C煅燒，使單質(zhì)Sn薄膜與空氣中的02發(fā)生反應(yīng)生成致密均勻的SnO薄膜。不同溫度、不同厚度的SnO薄膜的光吸收能力、表面形貌不同，拓寬了 SnO在光電材料中的應(yīng)用。該方法簡(jiǎn)單有效，對(duì)制備條件要求低，不需要復(fù)雜的制備條件，有利于低成本大規(guī)模的制備SnO半導(dǎo)體光電薄膜材料。
[0008]本發(fā)明對(duì)要解決的問題所采取的技術(shù)方案是:
[0009]一種大面積合成氧化亞錫半導(dǎo)體光電薄膜材料的方法，基底材料上直流濺射單質(zhì)Sn薄膜，在空氣中加熱100°C?400°C，經(jīng)過15min?2h的反應(yīng)就，在基底材料表面原位生長(zhǎng)SnO半導(dǎo)體光電薄膜材料；
[0010]具體操作步驟是:
[0011](I)清洗基底:將FTO導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精、去離子水超聲清洗20min，然后用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)25 %濃氨水/質(zhì)量百分?jǐn)?shù)30 %雙氧水/去離子水，其體積比為1:2:5的混合溶液80°C處理30min，最后用去離子水超聲清洗20min，處理好的FTO導(dǎo)電玻璃在80°C條件下干燥。
[0012](2)濺射錫薄膜:利用磁控濺射，在FTO導(dǎo)電玻璃基底上濺射厚度為50nm?400nm的單質(zhì)錫薄膜，以膜厚監(jiān)控(FTM)控制錫薄膜的厚度。
[0013](3)將表面濺射有10nm厚度錫的FTO導(dǎo)電玻璃放置在管式爐中。在空氣氣氛中從室溫升至100°C?400°C，升溫時(shí)間為lh，并恒溫2h，最后自然降至室溫
[0014]在本方案中，所使用的濺射方法為直流磁控濺射。
[0015]在本方案中，所述的基底材料FTO導(dǎo)電玻璃或普通玻璃或不銹鋼。
[0016]在本方案中，采用氧化劑為空氣。
[0017]在本方案中，Sn薄膜是50nm?400nm。
[0018]在本方案中，經(jīng)過100°C?400°C煅燒時(shí)間為1min?6h。
[0019]一種原位大面積合成氧化亞錫半導(dǎo)體光電薄膜材料的方法，在不同基底材料上直流派射一定厚度的單質(zhì)Sn薄膜，在空氣中加熱100°C?400°C，經(jīng)過15min?2h的反應(yīng)就可以在基底材料表面原位生長(zhǎng)SnO半導(dǎo)體光電薄膜材料。制備的SnO半導(dǎo)體光電薄膜不需要其他后處理。該方法可以在不同的基底(例如:FT0導(dǎo)電玻璃、普通玻璃、不銹鋼等)表面上大面積沉積SnO半導(dǎo)體光電薄膜，操作簡(jiǎn)單，成本低，有利于大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。
[0020]本發(fā)明的技術(shù)方案中，所使用的濺射方法為直流磁控濺射。
[0021]本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的基底材料FTO導(dǎo)電玻璃、普通玻璃等。
[0022]本發(fā)明的技術(shù)方案中，采用氧化劑為空氣。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0024]1、本發(fā)明采用地殼含量豐富的Sn為原材料，資源豐富，成本低。
[0025]2、可在基底上制備結(jié)構(gòu)致密均勻的薄膜，對(duì)基底材料要求不高，為SnO材料在柔性基底上的應(yīng)用提供了條件。
[0026]3、SnO薄膜厚度可控，可通過控制濺射的條件控制薄膜的厚度。
[0027]3、SnO薄膜的制備溫度范圍寬，制備條件簡(jiǎn)單，容易掌握。
[0028]4、SnO薄膜的制備過程簡(jiǎn)單，不需要后處理，不需要使用其他氣氛。
[0029]5、SnO薄膜可以大面積制備，如果進(jìn)行掩膜就可以進(jìn)行圖案化。
【附圖說明】
[0030]圖1-1、實(shí)施例1制備的SnO半導(dǎo)體光電薄膜材料的原子力顯微鏡照片
[0031]圖1-2、實(shí)施例1制備的SnO半導(dǎo)體光電薄膜材料的XRD圖譜
[0032]圖2-1、實(shí)施例2制備的SnO半導(dǎo)體光電薄膜材料的原子力顯微鏡照片
[0033]圖2-2、實(shí)施例2制備的SnO半導(dǎo)體光電薄膜材料的XRD圖譜
[0034]圖3-1、實(shí)施例3制備的SnO半導(dǎo)體光電薄膜材料的原子力顯微鏡照片
[0035]圖3-2、實(shí)施例3制備的SnO半導(dǎo)體光電薄膜材料的XRD圖譜
[0036]圖4-1、實(shí)施例4制備的SnO半導(dǎo)體光電薄膜材料的原子力顯微鏡照片
[0037]圖4-2、實(shí)施例4制備的SnO半導(dǎo)體光電薄膜材料的XRD圖譜
[0038]圖5-1、實(shí)施例5制備的SnO半導(dǎo)體光電薄膜材料的原子力顯微鏡照片
[0039]圖5-2、實(shí)施例5制備的SnO半導(dǎo)體光電薄膜材料的XRD圖譜
[0040]圖6-1、實(shí)施例6制備的SnO半導(dǎo)體光電薄膜材料的原子力顯微鏡照片
[0041]圖6-2、實(shí)施例6制備的SnO半導(dǎo)體光電薄膜材料的XRD圖譜
【具體實(shí)施方式】
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[0042]下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明SnO光電薄膜的制備方法。
[0043]實(shí)施例1
[0044]一種大面積合成氧化亞錫半導(dǎo)體光電薄膜材料的方法，基底材料上直流濺射單質(zhì)Sn薄膜，在空氣中加熱100°C?400°C，經(jīng)過15min?2h的反應(yīng)就，在基底材料表面原位生長(zhǎng)SnO半導(dǎo)體光電薄膜材料；
[0045]具體操作步驟是:
[0046](I)清洗基底:將FTO導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精、去離子水超聲清洗20min，然后用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)25 %濃氨水/質(zhì)量百分?jǐn)?shù)30 %雙氧水/去離子水，其體積比為1:2:5的混合溶液80°C處理30min，最后用去離子水超聲清洗20min，處理好的FTO導(dǎo)電玻璃在8