薄膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高銅鐵礦結(jié)構(gòu)&!&02薄膜電導(dǎo)率的制備方法，特別涉及一種采用溶膠-凝膠法制備高導(dǎo)電率&!&02透明導(dǎo)電薄膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]透明導(dǎo)電氧化物材料主要包括In、Sb、Zn和Cd的氧化物及其復(fù)合多元氧化物，是一類同時(shí)具有很高的可見光透過率和電導(dǎo)率的氧化物材料，其光學(xué)帶隙要求多3.leV，即大于可見光能量上限，以滿足透明的需求。
[0003]作為光電子領(lǐng)域的重要光學(xué)材料之一，近年來透明導(dǎo)電氧化物材料蓬勃發(fā)展，已得到廣泛的應(yīng)用。但是透明導(dǎo)電氧化物材料的應(yīng)用仍然受到很大的限制，僅局限于作為透明電極或紅外反射涂層膜等使用，難以成為真正意義上的“透明器件”。究其原因:這些透明導(dǎo)電氧化物都是η型導(dǎo)電材料，而ρ型透明導(dǎo)電氧化物材料非常少，且其導(dǎo)電性與η型透明導(dǎo)電氧化物相差甚遠(yuǎn)，無法實(shí)現(xiàn)具有良好性能的透明ρ-η結(jié)。因此，如果要進(jìn)一步擴(kuò)大透明導(dǎo)電氧化物材料在透明電子學(xué)中的應(yīng)用，當(dāng)務(wù)之急是獲得性能優(yōu)良的Ρ型透明導(dǎo)電氧化物材料。
[0004]銅鐵礦結(jié)構(gòu)氧化物材料是一類性能優(yōu)良的ρ型透明導(dǎo)電氧化物材料，可用通式表示為ΑΒ02，其中Α位是+1價(jià)的Cu或者kg離子，B位上為多種+3價(jià)離子中的一種，如A1，In，Cr, Fe，Ga，Y，Nd等。其中CuCr02薄膜具有較高的電導(dǎo)率和光學(xué)透過率，是一類最具應(yīng)用價(jià)值的透明導(dǎo)電材料。
[0005]目前，銅鐵礦結(jié)構(gòu)p-TCO薄膜的制備方法有脈沖激光沉積、濺射法、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(M0CVD)等真空工藝，但是成本昂貴，操作復(fù)雜。
[0006]溶膠-凝膠法(Sol-Gel)是將金屬化合物按照一定配溶解在適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑中，得到前驅(qū)體溶液，然后用旋涂、浸漬拉、噴涂等方法把前驅(qū)體溶液涂敷在襯底上得到濕膜，再加濕膜使有機(jī)溶劑蒸發(fā)、金屬有機(jī)化合物分解，最后在高溫下退火使薄膜晶化。具有工藝簡單、設(shè)備成本低、可大面積成膜等優(yōu)點(diǎn)。然而溶膠-凝膠法制備的CuCr02薄膜的電阻率較高，室溫電阻率在200Ω.cm甚至更高，嚴(yán)重影響了其實(shí)用化進(jìn)程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種溶膠凝膠法制備高電導(dǎo)率&!&02薄膜的方法。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]—種溶膠凝膠法制備高電導(dǎo)率CuCr02薄膜的方法，包括以下步驟:
[0010]a.按銅、鉻和鎂的摩爾比為1:(0.95?(λ 99):(0.01?0.05)稱量乙酸銅、硝酸鉻及乙酸鎂，并將乙酸銅、硝酸鉻及乙酸鎂粉末依次加入到一定量的丙酸中，在磁力攪拌器上在60°C?70°C的溫度下攪拌至完全溶解，獲得摩爾濃度為0.2mol/L的混合均勻的前驅(qū)體溶液；
[0011]b.將a中所得的溶液采用旋涂法在潔凈的基片上鍍膜，得到凝膠膜；
[0012]c.將b步驟所得凝膠膜放入管式電阻爐中在250?600°C預(yù)燒10?30分鐘，去除膜中的水、溶劑和有機(jī)物，得到無機(jī)薄膜；
[0013]d.將步驟c預(yù)燒得到的無機(jī)薄膜置于管式爐中，在氮?dú)夥諊幸圆桓哂?0°C /分鐘的速率升溫至600?1000°C，在氮?dú)夥諊斜赝嘶??2小時(shí)，使薄膜晶化，最后隨爐冷卻至室溫，即得CuCri xMgx02 (0 ^ x ^ 0.05)薄膜。
[0014]在所述的步驟a中，按銅、鉻和鎂的摩爾比為1:(0.96?0.98): (0.02?0.04)稱量乙酸銅、硝酸鉻及乙酸鎂。
[0015]步驟b中，所述基片為A1203(0001)單晶基片。
[0016]步驟c中，將薄膜放入管式爐中的預(yù)燒溫度為250?600°C，預(yù)燒時(shí)間為10?30分鐘。
[0017]步驟d中，將預(yù)燒得到的無機(jī)薄膜置于管式爐中，在氮?dú)夥諊幸??10°C /分鐘的速率升溫至650?950°C，并在氮?dú)夥諊型嘶?.2?1.5小時(shí)。
[0018]步驟b和c可反復(fù)進(jìn)行3—6次。
[0019]本發(fā)明的有益效果:
[0020]采用本發(fā)明的方法選擇鎂離子進(jìn)行摻雜，可以在不降低CuCr02薄膜透過率的前提下提高薄膜材料的電導(dǎo)率。同時(shí)，制備過程不需要任何的真空條件，具有能耗低，技術(shù)簡單，生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，并且可以在任意形狀的基體上大面積的成膜，細(xì)化顆粒尺寸，降低反應(yīng)溫度，鍍膜效率高，制備出的樣品化學(xué)均勻性好，實(shí)驗(yàn)結(jié)果具備可重復(fù)性。制備出的高電導(dǎo)率的銅鐵礦結(jié)構(gòu)的銅鉻氧薄膜是一種半導(dǎo)體材料，可以作為透明導(dǎo)電材料材料應(yīng)用于透明PN結(jié)及透明電子學(xué)領(lǐng)域及電子行業(yè)。該發(fā)明為銅鐵礦結(jié)構(gòu)銅鉻氧粉末的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0022]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖；
[0023]圖2為采用溶膠-凝膠法制備的不摻雜以及不同摻雜量的CuCri xMgx02 (x = 0.02，0.04，0.05)薄膜的XRD結(jié)果；
[0024]圖3為采用本方法制備的CuC^ xMgx02薄膜在室溫下的電阻率隨摻雜量的變化。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1所示:
[0026]實(shí)施例1:首先用常規(guī)方法制得或從市場購得乙酸銅、硝酸鉻和乙酸鎂(均為分析純，純度大于等于99% )，然后依如下步驟順序完成制備:
[0027]a，將0.4033g的乙酸銅、0.7922g的硝酸鉻和0.0087g的乙酸鎂依次加入到10mL丙酸中，在60°C下攪拌，至完全溶解，獲得0.2mol/L的混合均勻的前驅(qū)體溶液；
[0028]b，將攪拌后的溶液采用旋涂法(spin-coating)在潔凈的A1203基片上鍍膜，轉(zhuǎn)速為5000rmp，時(shí)間為60秒；
[0029]c，將薄膜放入管式爐中300°C預(yù)燒20分鐘，去除膜中的水、溶劑和有機(jī)物，得到無機(jī)薄膜；
[0030]為使薄膜層均勻、且具有適當(dāng)?shù)暮穸龋鲜霾襟Eb、c反復(fù)進(jìn)行4次；
[0031]d，將預(yù)燒得到的無機(jī)薄膜置于管式爐中，在氮?dú)夥諊幸?0°C /分鐘的速率升溫至900°C，然后保溫1小時(shí)，隨爐冷卻，即得CuCra9SMga(]202薄膜。
[0032]實(shí)施例2:首先用常規(guī)方法制得或從市場購得乙酸銅、硝酸鉻和乙酸鎂(均為分析純，純度大于等于99% )，然后依如下步驟順序完成制備:
[0033]a，將0.4033g的乙酸銅、0.7760g的硝酸鉻和0.0173g的乙酸鎂加入到10mL丙酸中，在70°C下攪拌，至完全溶解，獲得0.2mol/L的混合均勻的前驅(qū)體溶液；
[0034]b，將攪拌后的溶液采用旋涂法(spin-coating)在潔凈的