專(zhuān)利名稱(chēng)：一種液相自組裝法制備Sm₂S₃薄膜圖案化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Smjj^膜圖案化的制備方法，具體涉及一種單晶硅表面氯基硅烷- 薄膜圖案化的制備方法，是一種利用自組裝單層膜來(lái)誘導(dǎo)Smj3薄膜生長(zhǎng)的方法，尤其是一種制備表面致密均一的純相Smj3薄膜及具有微米級(jí)圖案的Smj3薄膜的方法。
背景技術(shù)：
Sm2S3有兩種形態(tài)，分別是α -Sm2S3型和Y -Sm2S3型。α -Sm2S3是Tti3P4結(jié)構(gòu)的，在1573士50k時(shí)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)變，變?yōu)閅-Sm2&。Y-SmjJ^色鮮艷，經(jīng)常被用作塑料和油漆顏料。此外Y-Smj3是半導(dǎo)體，是良好的熱電轉(zhuǎn)換材料[Michihiro Ohta,Haibin Yuan, ShinjiHirai, Yoichiro Uemura, Kazuyoshi Shimakage. Preparation of R2S3 (R:La, Pr, Nd, Sm)powders by sulfurization of oxide powders using CS2gas[J]. Journal of Alloys andCompounds. 2004,374 :112 115]。到目前為止，關(guān)于Sm2S3的研究還很少，本發(fā)明是用液相自組裝法制備Smj3薄膜。自組裝(Self-assembled monolayers)技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)SAMs技術(shù))，是一種制備薄膜的新技術(shù)，通過(guò)表面活性劑與基底之間的化學(xué)吸附作用，在基板材料上自組形成排列整齊，致密，有序的單分子膜層。以自組裝膜為模板誘導(dǎo)無(wú)機(jī)前軀體溶液在基底表面沉積成膜的仿生合成制膜技術(shù)，具有傳統(tǒng)物理化學(xué)方法無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，是一種極具應(yīng)用前景的新型、高效的綠色制膜技術(shù)[談國(guó)強(qiáng)，劉劍，賀中亮.自組裝單層膜技術(shù)及其在制備功能薄膜領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].陶瓷.2009，7:9 13]。這種制膜方法操作簡(jiǎn)便，成本低，不需特殊設(shè)備，且制備出的薄膜均勻、致密、低缺陷，強(qiáng)度高，結(jié)合力好，不需后期晶化處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種液相自組裝法制備Smj3薄膜圖案化的方法，所制備的薄膜具有良好微結(jié)構(gòu)及其圖案化。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的具體方法如下1)取0. 1-3. 5g的分析純的SmCl3 · 6H20置于燒杯中，向燒杯中加入10_60mL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；2)向溶液A中加入0. 01-1. OOg的乙二胺四乙酸，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入0. 1-10. Og分析純的硫脲(CH4N2S)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至2. 0-6. 0得前驅(qū)液D ；5)將羥基化的硅基板置于體積濃度為1 2%的OTS(十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡10 60min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈?，在氮?dú)鈿夥罩?，?00 140°C干燥10 30min得OTS硅基板；6)將干燥的OTS硅基板用光掩膜覆蓋，放在紫外線(xiàn)照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184. 9nm，在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為1 3cm照射30 360min，使沒(méi)有覆蓋光掩膜部分的OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到圖案化的硅基板；
7)將圖案化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在40 80°C下沉積10-50h制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中60 90°C干燥得Smj3納米薄膜。所述的羥基化的硅基板是將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩10 30min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用N2吹干，然后在紫外線(xiàn)照射儀中，照射20 70min得羥基化的硅基板。OTS自組裝單層膜具有制備簡(jiǎn)單、有序程序更好，常溫下膜層對(duì)溶劑的穩(wěn)定性更好等特點(diǎn)。而且通過(guò)對(duì)這種膜進(jìn)行紫外線(xiàn)照射，可以有選擇的地改性，使得薄膜表面具有不同的功能團(tuán)，從而來(lái)改變組裝分子的結(jié)構(gòu)，很方便地對(duì)膜層的化學(xué)，物理和生物等性質(zhì)進(jìn)行控制，進(jìn)一步誘導(dǎo)無(wú)機(jī)材料在其表面進(jìn)行選擇性沉積。這種圖案化的薄膜在微電子領(lǐng)域等方面的也有著潛在的巨大應(yīng)用。本發(fā)明以十八烷基三氯硅烷(0化)為表面活性劑，采用紫外光照射儀作為光刻蝕設(shè)備，利用短波紫外光(λ = 184. 9nm)對(duì)OTS-SAMs進(jìn)行表面改性及圖案化刻蝕，得到微米級(jí)圖案，結(jié)合化學(xué)液相沉積法設(shè)計(jì)了一種工藝簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)的方法，在圖案化的OTS-SAMs表面制備Smj3圖案化薄膜，這種新型的制備技術(shù)不僅是一種工藝上的創(chuàng)新，而且在Smj3薄膜性質(zhì)的質(zhì)量上也是一種質(zhì)的飛躍。所制得的圖案化的Smj3納米薄膜，均勻，致密，低缺陷，強(qiáng)度高，并且通過(guò)控制前驅(qū)液濃度、PH值以及沉積時(shí)間可以控制薄膜厚度和晶粒大小。這種方法制備的Smj3納米薄膜重復(fù)性高，易于大面積制膜。且操作方便，原料易得，制備成本較低。


圖1為實(shí)施例1所制備的Smj3薄膜XRD圖譜；圖2為實(shí)施例1所制備的Sm2&薄膜的AFM圖(未被紫外照射區(qū)域)；圖3為實(shí)施例1所制備的Sm2&薄膜的AFM圖(被紫外照射區(qū)域)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1 1)取0. Ig的分析純的SmCl3 · 6H20置于燒杯中，向燒杯中加入IOmL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；2)向溶液A中加入0. Olg的乙二胺四乙酸，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入0. Ig分析純的硫脲(CH4N2S)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至2. 0得前驅(qū)液D ；5)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩IOmin后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用隊(duì)吹干，然后在紫外線(xiàn)照射儀中，照射20min得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡45min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈?，在氮?dú)鈿夥罩?，?00°C干燥30min得OTS硅基板；6)將干燥的OTS硅基板用光掩膜覆蓋，放在紫外線(xiàn)照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184. 9nm，在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為Icm照射360min，使沒(méi)有覆蓋光掩膜部分的OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到圖案化的硅基板；7)將圖案化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在40°C下沉積50h制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中60°C干燥得Smj3納米薄膜。將該實(shí)施例制備的Smj3薄膜用日本理學(xué)D/maX2200PC型自動(dòng)X-射線(xiàn)衍射儀(XRD)(圖1)進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)用日本精工的SPA400-SPI3800N型原子力顯微鏡(AFM)(圖2)對(duì)其表面形貌進(jìn)行分析。從圖2中可以看出未被紫外照射區(qū)域薄膜表面非常光滑，說(shuō)明沒(méi)有Smj3薄膜生成，從圖3中可以看出被紫外照射區(qū)域薄膜表面致密均勻，說(shuō)明被紫外照射的區(qū)域形成了 Smj3納米薄膜。綜上所述此方法制備薄膜是物相純凈的Sm2S3，且得到了圖案化的Smj3薄膜。實(shí)施例2 1)取0. 8g的分析純的SmCl3 · 6H20置于燒杯中，向燒杯中加入20mL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；2)向溶液A中加入0. 05g的乙二胺四乙酸，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入2g分析純的硫脲(CH4N2S)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至3. 0得前驅(qū)液D ；5)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩20min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用隊(duì)吹干，然后在紫外線(xiàn)照射儀中，照射50min得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為2 %的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡lOmin，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈?，在氮?dú)鈿夥罩?，?30°C干燥IOmin得OTS硅基板；6)將干燥的OTS硅基板用光掩膜覆蓋，放在紫外線(xiàn)照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184. 9nm，在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為2cm照射200min，使沒(méi)有覆蓋光掩膜部分的OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到圖案化的硅基板；7)將圖案化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在50°C下沉積40h制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中70°C干燥得Smj3納米薄膜。實(shí)施例3 1)取1. 5g的分析純的SmCl3 · 6H20置于燒杯中，向燒杯中加入30mL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；2)向溶液A中加入0. 7g的乙二胺四乙酸，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入5g分析純的硫脲(CH4N2S)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至4. O得前驅(qū)液D ；5)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩15min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用隊(duì)吹干，然后在紫外線(xiàn)照射儀中，照射30min得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為1. 5%的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡40min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈?，在氮?dú)鈿夥罩校?10°C干燥25min得OTS硅基板；6)將干燥的OTS硅基板用光掩膜覆蓋，放在紫外線(xiàn)照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184. 9nm，在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為3cm照射30min，使沒(méi)有覆蓋光掩膜部分的OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到圖案化的硅基板；7)將圖案化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在60°C下沉積30h制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中80°C干燥得Smj3納米薄膜。實(shí)施例4 1)取2. 3g的分析純的SmCl3 · 6H20置于燒杯中，向燒杯中加入45mL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；2)向溶液A中加入0. 3g的乙二胺四乙酸，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入IOg分析純的硫脲(CH4N2S)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至5. 0得前驅(qū)液D ；5)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩25min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用隊(duì)吹干，然后在紫外線(xiàn)照射儀中，照射60min得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為1. 3%的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡20min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈桑诘獨(dú)鈿夥罩?，?40°C干燥15min得OTS硅基板；6)將干燥的OTS硅基板用光掩膜覆蓋，放在紫外線(xiàn)照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184. 9nm，在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為1. 5cm照射MOmin，使沒(méi)有覆蓋光掩膜部分的OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到圖案化的硅基板；7)將圖案化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在70°C下沉積20h制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中90°C干燥得Smj3納米薄膜。實(shí)施例5 1)取3. 5g的分析純的SmCl3 · 6H20置于燒杯中，向燒杯中加入60mL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；2)向溶液A中加入1. OOg的乙二胺四乙酸，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入8. Og分析純的硫脲(CH4N2S)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至6. 0得前驅(qū)液D ；5)將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩30min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用隊(duì)吹干，然后在紫外線(xiàn)照射儀中，照射70min得羥基化的硅基板；將羥基化的硅基板置于體積濃度為1. 8%的OTS (十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡60min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈?，在氮?dú)鈿夥罩?，?20°C干燥20min得OTS硅基板；6)將干燥的OTS硅基板用光掩膜覆蓋，放在紫外線(xiàn)照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184. 9nm,在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為2. 5cm照射120min，使沒(méi)有覆蓋光掩膜部分的OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到圖案化的硅基板；7)將圖案化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在80°C下沉積IOh制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中80°C干燥得Smj3納米薄膜。
權(quán)利要求
1.一種液相自組裝法制備Smj3薄膜圖案化的方法，其特征在于1)取0.1-3. 5g的分析純的SmCl3 · 6H20置于燒杯中，向燒杯中加入10_60mL的去離子水?dāng)嚢杈鶆虻萌芤篈 ；2)向溶液A中加入0.01-1. OOg的乙二胺四乙酸，常溫下磁力攪拌均勻得溶液B ；3)向溶液B中加入0.1-10. Og分析純的硫脲(CH4N2S)攪拌均勻得溶液C ；4)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值至2.0-6. 0得前驅(qū)液D ；5)將羥基化的硅基板置于體積濃度為1 2%的OTS(十八烷基三氯硅烷)的甲苯溶液中在室溫下浸泡10 60min，取出后分別用丙酮、四氯化碳沖洗，然后用氮?dú)獯蹈桑诘獨(dú)鈿夥罩?，?00 140°C干燥10 30min得OTS硅基板；6)將干燥的OTS硅基板用光掩膜覆蓋，放在紫外線(xiàn)照射儀中，紫外光輻射波波長(zhǎng)184. 9nm，在一個(gè)大氣壓下，保持照射距離為1 3cm照射30 360min，使沒(méi)有覆蓋光掩膜部分的OTS頭基的烷基在紫外光的光激發(fā)下進(jìn)行羥基化轉(zhuǎn)變，得到圖案化的硅基板；7)將圖案化后的硅基板置于前驅(qū)液D中，將燒杯放入真空干燥皿中，抽真空，然后將真空干燥皿置于干燥箱中，在40 80°C下沉積10-50h制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中60 90°C干燥得Smj3納米薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液相自組裝法制備SmA3薄膜圖案化的方法，其特征在于所述的羥基化的硅基板是將硅基板浸泡在王水中，使用超聲波震蕩10 30min后在室溫中自然冷卻，然后再用去離子水反復(fù)清洗，用N2吹干，然后在紫外線(xiàn)照射儀中，照射20 70min得羥基化的硅基板。
全文摘要
一種液相自組裝法制備Sm2S3薄膜圖案化的方法，向去離子水中分別加入SmCl3·6H2O、乙二胺四乙酸和硫脲后調(diào)節(jié)pH值至2.0-6.0得前驅(qū)液；將羥基化的硅基板置于OTS的甲苯溶液中浸泡后干燥得OTS硅基板；將OTS硅基板用光掩膜覆蓋，放在紫外線(xiàn)照射儀中，紫外光照輻后得到圖案化的硅基板；將圖案化后的硅基板置于前驅(qū)液中，真空干燥箱中沉積制備硫化釤薄膜，將制備好的薄膜置于真空干燥箱中干燥得Sm2S3納米薄膜。本發(fā)明以十八烷基三氯硅烷(OTS)為表面活性劑，采用紫外光照射儀作為光刻蝕設(shè)備，利用短波紫外光對(duì)OTS-SAMs進(jìn)行表面改性及圖案化刻蝕，得到微米級(jí)圖案，操作方便，原料易得，制備成本較低。
文檔編號(hào)H01L35/34GK102394268SQ20111037554
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者侯艷超, 曹麗云, 李意峰, 殷立雄, 黃劍鋒 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)