專利名稱：鐵電體－半導(dǎo)體納米微粒復(fù)合材料薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵電體-半導(dǎo)體納米微粒復(fù)合材料薄膜的制備方法，屬光電功能材料及器件領(lǐng)域。
固體電致發(fā)光是信息顯示技術(shù)的重要基礎(chǔ)，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。然而，目前電致發(fā)光元件存在的一個(gè)主要問(wèn)題是發(fā)光的驅(qū)動(dòng)電壓較高，普通的電致發(fā)光屏的驅(qū)動(dòng)電壓高達(dá)上千伏，使器件的應(yīng)用范圍受到了很大的限制，難以用于弱電顯示系統(tǒng)。
為了解決這一問(wèn)題，人們進(jìn)行了多種努力，如采用一些高介電常數(shù)的材料作為發(fā)光體的夾層，制備超薄發(fā)光體膜，及采用有機(jī)電致發(fā)光材料等。盡管如此，發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)電壓仍需要上百伏以上，難以做到像液晶顯示器件那樣僅需幾伏電壓即能夠被驅(qū)動(dòng)。
本發(fā)明的目的是制備一種鐵電體-半導(dǎo)體納米微粒復(fù)合材料薄膜，該薄膜可用于電致發(fā)光元件，在很低的驅(qū)動(dòng)電壓下實(shí)現(xiàn)電致發(fā)光。
本發(fā)明的復(fù)合材料薄膜是由高介鐵電體基體和ZnS、CdS等發(fā)光半導(dǎo)體納米微粒彌散相構(gòu)成的一類新的材料體系。在該材料體系中，半導(dǎo)體納米微粒的尺寸為0.5-5納米，在基體中均勻分布，其平均粒徑及密度均可以通過(guò)工藝條件的選取加以選擇。
材料的制備采用溶膠-凝膠法，其過(guò)程是1、配制鐵電體基體前驅(qū)體溶液按照化學(xué)計(jì)量比配制出鐵電體基體材料的復(fù)合醇鹽前驅(qū)體溶液，該配制過(guò)程可按一般溶膠-凝膠法制備鐵電薄膜或陶瓷材料的工藝路線進(jìn)行配制。其中溶劑一般采用2-甲氧基乙醇，構(gòu)成鐵電體的主要組分的金屬前驅(qū)體可以是各類醇鹽或其他有機(jī)鹽，但其中至少有一種為醇鹽。配制的基本程序是，首先將各種金屬醇鹽或有機(jī)鹽分別溶于2-甲氧基乙醇，再將溶液混合并攪拌，使其形成復(fù)合醇鹽溶液。對(duì)于具有兩種以上金屬元素的鐵電體，一般是先將其中兩類化學(xué)反應(yīng)活性較小，或化學(xué)性質(zhì)相近的金屬前驅(qū)體溶液混合。如對(duì)于鈮鎂酸鉛(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3，PMN)體系，先將Pb的前驅(qū)體(醋酸鉛)溶液和Mg的前驅(qū)體(乙醇鎂)溶液，經(jīng)充分?jǐn)嚢杌旌虾笤賹⑵渑cNb前驅(qū)體(異丙醇鈮〕溶液相混合；而對(duì)于鋯鈦酸鉛(Pb(Zr，Ti)O3，PZT)體系，則首先將Zr的前驅(qū)體(異丙醇鋯)溶液和Ti的前驅(qū)體(丁醇鈦)相混合，再將混合溶液Pb的前驅(qū)體(醋酸鉛)溶液相混合。混合溶液需在40℃～70℃下攪拌1～5小時(shí)。由于一般醇鹽溶液對(duì)空氣中的水分都比較敏感，故上述操作應(yīng)在干燥的手套箱中進(jìn)行，配制好的溶液用密封的容器放好。各類前驅(qū)體溶液的濃度根據(jù)前驅(qū)體種類及產(chǎn)物形態(tài)而定，一般濃度在0.2-2M之間。
2、配制半導(dǎo)體化合物水溶液首先將一定摩爾量(摩爾濃度在0.02-1M之間)Zn或Cd的硝酸鹽溶解到蒸餾水之中，再將等摩爾比的硫脲溶解到該溶液之中，即得到半導(dǎo)體化合物水溶液。
3、配制混合前驅(qū)體溶液按分子摩爾比MS/鐵電體＝0.001-0.05(M＝Zn，Cd)的比例，量出適量的鐵電體前驅(qū)體溶液和半導(dǎo)體化合物水溶液。用注射器緩慢地將半導(dǎo)體化合物水溶液滴入鐵電體前驅(qū)體溶液，并搖晃容器使兩類液充分混合并使后者一定程度的水解，即獲得混合前驅(qū)體溶液。
4、鐵電體一半導(dǎo)體納米微粒復(fù)合薄膜的制備鐵電體-半導(dǎo)體納米微粒復(fù)合材料的前驅(qū)體凝膠薄膜可以在多種平整的基片上形成。成膜采用的方法是旋轉(zhuǎn)甩膠法。將剛剛混合好的復(fù)合前驅(qū)體溶液滴到基片表面上，再用勻膠機(jī)將溶膠均勻甩開(kāi)，形成溶膠薄膜，甩膠速度為每分鐘500轉(zhuǎn)至5000轉(zhuǎn)，根據(jù)溶膠的粘度及所要求的薄膜厚度而定。再將基片及溶膠薄層放于烘箱或爐中，在200℃～300℃，還原氣氛下烘干25～35分鐘，即形成凝膠薄膜。將該凝膠薄膜在350-700℃，還原氣氛下熱處理10-200分鐘，便得到了具有不同顯微結(jié)構(gòu)的鐵電體-半導(dǎo)體納米微粒復(fù)合薄膜。
使用本發(fā)明的方法制備的復(fù)合材料薄膜，具有如下效果I、從材料結(jié)構(gòu)上看，根據(jù)透射電子顯微鏡對(duì)薄膜材料的觀察到的結(jié)果，所得到的復(fù)合材料中的半導(dǎo)體微粒的尺寸比較集中，基本上在0.5-5納米之間，且形狀基本都呈球型。十分符合設(shè)計(jì)要求。
II、光致發(fā)光測(cè)試表明，所制備的鐵電體-半導(dǎo)體納米微粒復(fù)合材料在波長(zhǎng)為254nm的紫外光的激發(fā)下在可見(jiàn)發(fā)出很強(qiáng)的熒光，其中鐵電體-ZnS復(fù)合材料的發(fā)光峰值波長(zhǎng)在395-410nm左右，而鐵電體-CdS復(fù)合材料的發(fā)光峰值波長(zhǎng)在420-440nm左右。
III、將上述薄膜制備在鍍Pt的硅片上，再將ITO薄膜淀積在其表明，在Pt及ITO薄膜之間施加10-20V的電場(chǎng)，能夠觀察到電致發(fā)光，其波長(zhǎng)與電致發(fā)光相近。
下面介紹
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1、BaTiO3-ZnS納米微粒復(fù)合薄膜I材料制備(1)原料前驅(qū)體異丙醇鋇(Ba(O-iPr)2)，異丙醇鈦(Ti(O-iPr)4)，2-甲氧基乙醇，硝酸鋅，硫脲，蒸餾水基片材料鍍鉑硅片(2)制備工藝a.配制BaTiO3溶液在N2氣保護(hù)條件下，分別將異丙醇鋇和異丙醇鈦以1M的濃度溶于2-甲氧基乙醇，待充分溶解后，將兩種溶液混合，并在50℃下攪拌2小時(shí)，制成Ba-Ti復(fù)合醇鹽溶液；b.配制ZnS溶液將等摩爾量的硝酸鋅及硫脲依次溶于蒸餾水，濃度為0.5M，再用2-甲氧基乙醇將此溶液稀釋10倍。
c.配制混合前驅(qū)體溶液按分子摩爾比Zn/Ba＝0.01的比例，量出適量的鐵電體前驅(qū)體溶液和ZnS溶液。并把兩種容器中注滿氫氣。再用注射器緩慢地將ZnS溶液滴入鐵電體前驅(qū)體溶液，滴加的同時(shí)迅速搖晃容器，使ZnS溶液能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)迅速與復(fù)合醇鹽溶液充分混合，形成溶膠。
d.薄膜制備用勻膠機(jī)將溶膠均勻甩開(kāi)，形成溶膠薄膜，甩膠速度為每分鐘2000轉(zhuǎn)。再將基片及溶膠薄層放于充H2的烘箱或爐中，在200℃下烘干30分鐘，即形成凝膠薄膜。將該凝膠薄膜在600℃下，H2氣氛中熱處理1小時(shí)，即獲得所設(shè)計(jì)的BaTiO3-ZnS納米微粒復(fù)合薄膜。
II材料鑒定(1)基本形態(tài)最后得到的薄膜厚度約0.5μ左右，在基片上分布基本均勻，無(wú)龜裂，X射線衍射結(jié)果表明基體已形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，透射電鏡實(shí)驗(yàn)顯示ZnS微粒的尺寸主要分布在在1-2納米之間。
(2)發(fā)光性質(zhì)樣品在波長(zhǎng)為254nm的汞線激發(fā)下能發(fā)出很強(qiáng)的熒光，峰值波長(zhǎng)在395-410nm左右，隨樣品組分及工藝的變化，峰值波長(zhǎng)呈現(xiàn)微小移動(dòng)。在20V外加電場(chǎng)作用下，樣品能夠觀察到與光致發(fā)光波長(zhǎng)相近的電致發(fā)光。
2、BaTiO3-ZnS納米微粒復(fù)合薄膜
I材料制備(1)原料前驅(qū)體異丙醇鋇(Ba(O-iPr)2)，丁醇鈦(Ti(O-Bu)4)，2-甲氧基乙醇，硝酸鋅，硫脲，蒸餾水基片材料鍍鉑硅片(2)制備工藝a.配制BaTiO3溶液在N2氣保護(hù)條件下，分別將異丙醇鋇和丁醇鈦以1.5M的濃度溶于2-甲氧基乙醇，待充分溶解后，將兩種溶液混合，并在60℃下攪拌1小時(shí)，制成Ba-Ti復(fù)合醇鹽溶液；b.配制ZnS溶液將等摩爾量的硝酸鋅及硫脲依次溶于蒸餾水，濃度為0.8M，再用2-甲氧基乙醇將此溶液稀釋10倍。
c.配制混合前驅(qū)體溶液按分子摩爾比Zn/Ba＝0.04的比例，量出適量的鐵電體前驅(qū)體溶液和ZnS溶液。并把兩種容器中注滿氫氣。再用注射器緩慢地將ZnS溶液滴入鐵電體前驅(qū)體溶液，滴加的同時(shí)迅速搖晃容器，使ZnS溶液能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)迅速與復(fù)合醇鹽溶液充分混合，形成溶膠。
d.薄膜制備用勻膠機(jī)將溶膠均勻甩開(kāi)，形成溶膠薄膜，甩膠速度為每分鐘2000轉(zhuǎn)。再將基片及溶膠薄層放于充H2的烘箱或爐中，在200℃下烘干30分鐘，即形成凝膠薄膜。將該凝膠薄膜在600℃下，H2氣氛中熱處理1小時(shí)，即獲得所設(shè)計(jì)的BaTiO3-ZnS納米微粒復(fù)合薄膜。
II材料鑒定(1)基本形態(tài)最后得到的薄膜厚度約0.5μ左右，在基片上分布基本均勻，無(wú)龜裂，X射線衍射結(jié)果表明基體已形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，透射電鏡實(shí)驗(yàn)顯示ZnS微粒的尺寸主要分布在在1-2納米之間。
(2)發(fā)光性質(zhì)樣品在波長(zhǎng)為254nm的汞線激發(fā)下能發(fā)出很強(qiáng)的熒光，峰值波長(zhǎng)在395-410nm左右，隨樣品組分及工藝的變化，峰值波長(zhǎng)呈現(xiàn)微小移動(dòng)。在20V外加電場(chǎng)作用下，樣品能夠觀察到與光致發(fā)光波長(zhǎng)相近的電致發(fā)光。
3、BaTiO3-ZnS納米微粒復(fù)合薄膜I材料制備(1)原料前驅(qū)體乙醇鋇(Ba(O-Et)2)(其中Et為乙醇基的縮寫(xiě)，下同)，丁醇鈦(Ti(O-Bu)4)，2-甲氧基乙醇，硝酸鋅，硫脲，蒸餾水基片材料鍍鉑硅片(2)制備工藝a.配制BaTiO3溶液在N2氣保護(hù)條件下，分別將乙醇鋇和丁醇鈦以2M的濃度溶于2-甲氧基乙醇，待充分溶解后，將兩種溶液混合，并在45℃下攪拌2小時(shí)，制成Ba-Ti復(fù)合醇鹽溶液；b.配制ZnS溶液將等摩爾量的硝酸鋅及硫脲依次溶于蒸餾水，濃度為0.1M，再用2-甲氧基乙醇將此溶液稀釋10倍。
c.配制混合前驅(qū)體溶液按分子摩爾比Zn/Ba＝0.02的比例，量出適量的鐵電體前驅(qū)體溶液和ZnS溶液。并把兩種容器中注滿氫氣。再用注射器緩慢地將ZnS溶液滴入鐵電體前驅(qū)體溶液，滴加的同時(shí)迅速搖晃容器，使ZnS溶液能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)迅速與復(fù)合醇鹽溶液充分混合，形成溶膠。
d.薄膜制備用勻膠機(jī)將溶膠均勻甩開(kāi)，形成溶膠薄膜，甩膠速度為每分鐘2000轉(zhuǎn)。再將基片及溶膠薄層放于充H2的烘箱或爐中，在230℃下烘干30分鐘，即形成凝膠薄膜。將該凝膠薄膜在560℃下，H2氣氛中熱處理1小時(shí)，即獲得所設(shè)計(jì)的BaTiO3-ZnS納米微粒復(fù)合薄膜。
II材料鑒定(1)基本形態(tài)最后得到的薄膜厚度約0.5μ左右，在基片上分布基本均勻，無(wú)龜裂，X射線衍射結(jié)果表明基體已形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，透射電鏡實(shí)驗(yàn)顯示ZnS微粒的尺寸主要分布在在1-2納米之間。
(2)發(fā)光性質(zhì)樣品在波長(zhǎng)為254nm的汞線激發(fā)下能發(fā)出很強(qiáng)的熒光，峰值波長(zhǎng)在395-410nm左右，隨樣品組分及工藝的變化，峰值波長(zhǎng)呈現(xiàn)微小移動(dòng)。在20V外加電場(chǎng)作用下，樣品能夠觀察到與光致發(fā)光波長(zhǎng)相近的電致發(fā)光。
4、BaTiO3-ZnS納米微粒復(fù)合薄膜I材料制備(1)原料前驅(qū)體異丙醇鋇(Ba(O-iPr)2)，異丙醇鈦(Ti(O-iPr)4)，2-甲氧基乙醇，醋酸鋅，硫脲，蒸餾水基片材料鍍鉑硅片(2)制備工藝a.配制BaTiO3溶液在N2氣保護(hù)條件下，分別將異丙醇鋇和異丙醇鈦以2M的濃度溶于2-甲氧基乙醇，待充分溶解后，將兩種溶液混合，并在50℃下攪拌2小時(shí)，制成Ba-Ti復(fù)合醇鹽溶液；b.配制ZnS溶液將等摩爾量的硝酸鋅及硫脲依次溶于蒸餾水，濃度為0.8M，再用2-甲氧基乙醇將此溶液稀釋10倍。
c.配制混合前驅(qū)體溶液按分子摩爾比Zn/Ba＝0.08的比例，量出適量的鐵電體前驅(qū)體溶液和ZnS溶液。并把兩種容器中注滿氫氣。再用注射器緩慢地將ZnS溶液滴入鐵電體前驅(qū)體溶液，滴加的同時(shí)迅速搖晃容器，使ZnS溶液能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)迅速與復(fù)合醇鹽溶液充分混合，形成溶膠。
d.薄膜制備用勻膠機(jī)將溶膠均勻甩開(kāi)，形成溶膠薄膜，甩膠速度為每分鐘2000轉(zhuǎn)。再將基片及溶膠薄層放于充H2的烘箱或爐中，在250℃下烘干25分鐘，即形成凝膠薄膜。將該凝膠薄膜在600℃下，H2氣氛中熱處理1小時(shí)，即獲得所設(shè)計(jì)的BaTiO3-ZnS納米微粒復(fù)合薄膜。
II材料鑒定(1)基本形態(tài)最后得到的薄膜厚度約0.5μ左右，在基片上分布基本均勻，無(wú)龜裂，X射線衍射結(jié)果表明基體已形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，透射電鏡實(shí)驗(yàn)顯示ZnS微粒的尺寸主要分布在在1-2納米之間。
(2)發(fā)光性質(zhì)樣品在波長(zhǎng)為254nm的汞線激發(fā)下能發(fā)出很強(qiáng)的熒光，峰值波長(zhǎng)在395-410nm左右，隨樣品組分及工藝的變化，峰值波長(zhǎng)呈現(xiàn)微小移動(dòng)。在20V外加電場(chǎng)作用下，樣品能夠觀察到與光致發(fā)光波長(zhǎng)相近的電致發(fā)光。
5、BaTiO3-CdS納米微粒復(fù)合薄膜I材料制備(1)原料前驅(qū)體異丙醇鋇(Ba(O-iPr)2)，異丙醇鈦(Ti(O-iPr)4)，2-甲氧基乙醇，醋酸鎘，硫脲，蒸餾水基片材料鍍鉑硅片(2)制備工藝a.配制BaTiO3溶液在N2氣保護(hù)條件下，分別將異丙醇鋇和異丙醇鈦以2M的濃度溶于2-甲氧基乙醇，待充分溶解后，將兩種溶液混合，并在50℃下攪拌2小時(shí)，制成Ba-Ti復(fù)合醇鹽溶液；b.配制ZnS溶液將等摩爾量的醋酸鎘及硫脲依次溶于蒸餾水，濃度為0.1M，再用2-甲氧基乙醇將此溶液稀釋5倍。
c.配制混合前驅(qū)體溶液按分子摩爾比Cd/Ba＝0.04的比例，量出適量的鐵電體前驅(qū)體溶液和CdS溶液。并把兩種容器中注滿氫氣。再用注射器緩慢地將CdS溶液滴入鐵電體前驅(qū)體溶液，滴加的同時(shí)迅速搖晃容器，使CdS溶液能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)迅速與復(fù)合醇鹽溶液充分混合，形成溶膠。
d.薄膜制備用勻膠機(jī)將溶膠均勻甩開(kāi)，形成溶膠薄膜，甩膠速度為每分鐘2000轉(zhuǎn)。再將基片及溶膠薄層放于充H2的烘箱或爐中，在200℃下烘干30分鐘，即形成凝膠薄膜。將該凝膠薄膜在600℃下，H2氣氛中熱處理1小時(shí)，即獲得所設(shè)計(jì)的BaTiO3-CdS納米微粒復(fù)合薄膜。
II材料鑒定(1)基本形態(tài)最后得到的薄膜厚度約0.5μ左右，在基片上分布基本均勻，無(wú)龜裂，X射線衍射結(jié)果表明基體已形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，透射電鏡實(shí)驗(yàn)顯示CdS微粒的尺寸主要分布在在1-2納米之間。
(2)發(fā)光性質(zhì)樣品在波長(zhǎng)為254nm的汞線激發(fā)下能發(fā)出很強(qiáng)的熒光，峰值波長(zhǎng)在420-440nm左右，隨樣品組分及工藝的變化，峰值波長(zhǎng)呈現(xiàn)微小移動(dòng)。在20V外加電場(chǎng)作用下，樣品能夠觀察到與光致發(fā)光波長(zhǎng)相近的電致發(fā)光。
6、BaTiO3-ZnS納米微粒復(fù)合薄膜I材料制備(1)原料前驅(qū)體異丙醇鋇(Ba(O-iPr)2)，異丙醇鈦(Ti(O-iPr)4)，2-甲氧基乙醇，硝酸鎘，硫脲，蒸餾水基片材料鍍鉑硅片(2)制備工藝a.配制BaTiO3溶液在N2氣保護(hù)條件下，分別將異丙醇鋇和異丙醇鈦以1M的濃度溶于2-甲氧基乙醇，待充分溶解后，將兩種溶液混合，并在65℃下攪拌2小時(shí)，制成Ba-Ti復(fù)合醇鹽溶液；b.配制CdS溶液將等摩爾量的硝酸鋅及硫脲依次溶于蒸餾水，濃度為0.08M，再用2-甲氧基乙醇將此溶液稀釋5倍。
c.配制混合前驅(qū)體溶液按分子摩爾比Cd/Ba＝0.03的比例，量出適量的鐵電體前驅(qū)體溶液和CdS溶液。并把兩種容器中注滿氫氣。再用注射器緩慢地將CdS溶液滴入鐵電體前驅(qū)體溶液，滴加的同時(shí)迅速搖晃容器，使CdS溶液能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)迅速與復(fù)合醇鹽溶液充分混合，形成溶膠。
d.薄膜制備用勻膠機(jī)將溶膠均勻甩開(kāi)，形成溶膠薄膜，甩膠速度為每分鐘2000轉(zhuǎn)。再將基片及溶膠薄層放于充H2的烘箱或爐中，在250℃下烘干30分鐘，即形成凝膠薄膜。將該凝膠薄膜在450℃下，H2氣氛中熱處理1小時(shí)，即獲得所設(shè)計(jì)的BaTiO3-CdS納米微粒復(fù)合薄膜。
II材料鑒定(1)基本形態(tài)最后得到的薄膜厚度約0.5μ左右，在基片上分布基本均勻，無(wú)龜裂，X射線衍射結(jié)果表明基體已形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，透射電鏡實(shí)驗(yàn)顯示CdS微粒的尺寸主要分布在在1-2納米之間。
(2)發(fā)光性質(zhì)樣品在波長(zhǎng)為254nm的汞線激發(fā)下能發(fā)出很強(qiáng)的熒光，峰值波長(zhǎng)在420-440nm左右，隨樣品組分及工藝的變化，峰值波長(zhǎng)呈現(xiàn)微小移動(dòng)。在20V外加電場(chǎng)作用下，樣品能夠觀察到與光致發(fā)光波長(zhǎng)相近的電致發(fā)光。
7、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-CdS納米微粒復(fù)合薄膜I材料制備(1)原料前驅(qū)體乙醇鉛(Pb(O-Et)2)，醋酸鎂，乙醇鈮(Nb(O-Et)2)，2-甲氧基乙醇，硝酸鎘，硫脲，蒸餾水基片材料鍍鉑硅片(2)制備工藝a.配制Pb(Mg1/3Nb2/3)O3溶液在N2氣保護(hù)條件下，分別將乙醇鉛(Pb(O-Et)2)，醋酸鎂，乙醇鈮(Nb(O-Et)2)，以2M的濃度溶于2-甲氧基乙醇，待三種溶液分別充分溶解后，將三種溶液混合，為了確保Pb在揮發(fā)后的組分，Pb溶液應(yīng)過(guò)量20％，在50℃下攪拌2小時(shí)，制成Ba-Ti復(fù)合醇鹽溶液；b.配制CdS溶液將等摩爾量的硝酸鎘及硫脲依次溶于蒸餾水，濃度為0.5M，再用2-甲氧基乙醇將此溶液稀釋5倍。
c.配制混合前驅(qū)體溶液按分子摩爾比Cd/Ba＝0.01的比例，量出適量的鐵電體前驅(qū)體溶液和CdS溶液。并把兩種容器中注滿氫氣。再用注射器緩慢地將CdS溶液滴入鐵電體前驅(qū)體溶液，滴加的同時(shí)迅速搖晃容器，使CdS溶液能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)迅速與復(fù)合醇鹽溶液充分混合，形成溶膠。
d.薄膜制備用勻膠機(jī)將溶膠均勻甩開(kāi)，形成溶膠薄膜，甩膠速度為每分鐘2000轉(zhuǎn)。再將基片及溶膠薄層放于充H2的烘箱或爐中，在250℃下烘于30分鐘，即形成凝膠薄膜。將該凝膠薄膜在600℃下，H2氣氛中熱處理1小時(shí)，即獲得所設(shè)計(jì)的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-CdS納米微粒復(fù)合薄膜。
II材料鑒定(1)基本形態(tài)最后得到的薄膜厚度約0.5μ左右，在基片上分布基本均勻，無(wú)龜裂，X射線衍射結(jié)果表明基體已形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，透射電鏡實(shí)驗(yàn)顯示CdS微粒的尺寸主要分布在在0.5納米之間。
(2)發(fā)光性質(zhì)樣品在波長(zhǎng)為254nm的汞線激發(fā)下能發(fā)出很強(qiáng)的熒光，峰值波長(zhǎng)在420-440nm左右，隨樣品組分及工藝的變化，峰值波長(zhǎng)呈現(xiàn)微小移動(dòng)。在20V外加電場(chǎng)作用下，樣品能夠觀察到與光致發(fā)光波長(zhǎng)相近的電致發(fā)光。
8、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-CdS納米微粒復(fù)合薄膜I材料制備(1)原料前驅(qū)體乙醇鉛(Pb(O-Et)2)，醋酸鎂，乙醇鈮(Nb(O-Et)2)，2-甲氧基乙醇，硝酸鎘，硫脲，蒸餾水基片材料鍍鉑硅片(2)制備工藝a.配制Pb(Mg1/3Nb2/3)O3溶液在N2氣保護(hù)條件下，分別將乙醇鉛(Pb(O-Et)2)，醋酸鎂，乙醇鈮(Nb(O-Et)2)，以2M的濃度溶于2-甲氧基乙醇，待充分溶解后，將三種溶液混合，為了確保Pb在揮發(fā)后的組分，Pb溶液應(yīng)過(guò)量20％，在50℃下攪拌2小時(shí)，制成Ba-Ti復(fù)合醇鹽溶液；b.配制CdS溶液將等摩爾量的硝酸鎘及硫脲依次溶于蒸餾水，濃度為0.5M，再用2-甲氧基乙醇將此溶液稀釋5倍。
c.配制混合前驅(qū)體溶液按分子摩爾比Cd/Pb＝0.01的比例，量出適量的鐵電體前驅(qū)體溶液和CdS溶液。并把兩種容器中注滿氫氣。再用注射器緩慢地將CdS溶液滴入鐵電體前驅(qū)體溶液，滴加的同時(shí)迅速搖晃容器，使CdS溶液能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)迅速與復(fù)合醇鹽溶液充分混合，形成溶膠。
d.薄膜制備用勻膠機(jī)將溶膠均勻甩開(kāi)，形成溶膠薄膜，甩膠速度為每分鐘2000轉(zhuǎn)。再將基片及溶膠薄層放于充H2的烘箱或爐中，在250℃下烘干30分鐘，即形成凝膠薄膜。將該凝膠薄膜在600℃下，H2氣氛中熱處理1小時(shí)，即獲得所設(shè)計(jì)的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-CdS納米微粒復(fù)合薄膜。
II材料鑒定(1)基本形態(tài)最后得到的薄膜厚度約0.4μ左右，在基片上分布基本均勻，無(wú)龜裂，X射線衍射結(jié)果表明基體已形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，透射電鏡實(shí)驗(yàn)顯示CdS微粒的尺寸主要分布在在0.5納米之間。
(2)發(fā)光性質(zhì)樣品在波長(zhǎng)為254nm的汞線激發(fā)下能發(fā)出很強(qiáng)的熒光，峰值波長(zhǎng)在420-440nm左右，隨樣品組分及工藝的變化，峰值波長(zhǎng)呈現(xiàn)微小移動(dòng)。在20V外加電場(chǎng)作用下，樣品能夠觀察到與光致發(fā)光波長(zhǎng)相近的電致發(fā)光。
權(quán)利要求
1.一種鐵電體-半導(dǎo)體納米微粒復(fù)合材料薄膜的制備方法，其特征在于該制備方法包括以下幾個(gè)步驟(1)配制鐵電體基體前驅(qū)體溶液首先將二種或三種金屬的醇鹽或有機(jī)鹽在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以0.2～2M的濃度溶于2-甲氧基乙醇中，待充分溶解后將其混合，并在40℃～70℃下攪拌1～5小時(shí)，制成復(fù)合醇鹽溶液；(2)配制半導(dǎo)體化合物水溶液首先將一定摩爾量(摩爾濃度在0.02-1M之間)Zn或Cd的硝酸鹽或醋酸鹽溶解到蒸餾水之中，再將等摩爾比的硫脲溶解到該溶液之中，即得到半導(dǎo)體化合物水溶液；(3)配制混合前驅(qū)體溶液按分子摩爾比MS/鐵電體＝0.001-0.05(M＝Zn，Cd)的比例，量出適量的鐵電體前驅(qū)體溶液和半導(dǎo)體化合物水溶液；用注射器緩慢地將半導(dǎo)體化合物水溶液滴入鐵電體前驅(qū)體溶液，并搖晃容器使兩類液充分混合并使后者一定程度的水解，即獲得混合前驅(qū)體溶液；(4)鐵電體半導(dǎo)體納米微粒復(fù)合薄膜的制備將剛剛混合好的混合前驅(qū)體溶液滴到基片表面上，再用勻膠機(jī)將溶膠均勻甩開(kāi)，形成溶膠薄膜，甩膠速度為每分鐘500轉(zhuǎn)至5000轉(zhuǎn)，再將基片及溶膠薄層放于烘箱或爐中，在200℃～300℃，還原氣氛下烘干25～35分鐘，即形成凝膠薄膜，將該凝膠薄膜在350-700℃，還原氣氛下熱處理10-200分鐘，便得到了具有不同顯微結(jié)構(gòu)的鐵電體-半導(dǎo)體納米微粒復(fù)合薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜制備方法，其特征在于其中所述的配制前驅(qū)體溶液的金屬醇鹽為異丙醇鋇、乙醇鋇、異丙醇鈦、丁醇鈦、乙醇鉛或乙醇鈮中的任何一種。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜制備方法，其特征在于其中所述的配制前驅(qū)體溶液的金屬有機(jī)鹽為醋酸鐵、醋酸鎂或硝酸鎘中的任何一種。
4.如權(quán)利要求1所述的薄膜制備方法，其特征在于其中所述的基片為鍍鉑硅片。
5.如權(quán)利要求1所述的薄膜制備方法，其特征在于其中所述的還原氣氛為H2氣氛。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵電體－半導(dǎo)體納米微粒復(fù)合材料薄膜的制備方法,該方法由高介鐵電體基體和ZnS、CaS等發(fā)光半導(dǎo)體納米微粒彌散相構(gòu)成。其制備采用溶膠－凝膠法。首先配制鐵電體基體前驅(qū)體溶液,然后配制半導(dǎo)體化合物水溶液,將上述溶液以一定摩爾比相混合后,在基片上形成溶膠薄膜,然后在還原氣氛中烘干、熱處理,最后制備成復(fù)合材料薄膜。該薄膜可用于電致發(fā)光元件,以很低的驅(qū)動(dòng)電壓下實(shí)現(xiàn)電致發(fā)光。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1171633SQ9710448
公開(kāi)日1998年1月28日 申請(qǐng)日期1997年6月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月20日
發(fā)明者周濟(jì), 李龍土, 桂治輪 申請(qǐng)人:清華大學(xué)