一種氧化錫基薄膜材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體薄膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化錫基薄膜材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息顯示技術(shù)的高速發(fā)展，氧化物半導(dǎo)體在許多應(yīng)用領(lǐng)域中都得到了廣泛的關(guān)注。在過去幾十年里，η型氧化物半導(dǎo)體在材料制備以及器件的應(yīng)用中取得了巨大的成功，但是Ρ型氧化物半導(dǎo)體的發(fā)展還非常滯后。
[0003]η型氧化物薄膜晶體管與ρ型氧化物薄膜晶體管相結(jié)合組成的雙極性薄膜晶體管是實(shí)現(xiàn)透明電子器件的基礎(chǔ)。此外，Ρ型氧化物薄膜晶體管更有利于驅(qū)動(dòng)有機(jī)發(fā)光二極管高開口率像素單元。同時(shí)，ρ型氧化物的薄膜晶體管與平板顯示技術(shù)相結(jié)合，將會(huì)使屏幕更加清晰。氧化錫及其摻雜體系被認(rèn)為是應(yīng)用潛力巨大的Ρ型氧化物。
[0004]由于ρ型氧化錫基薄膜的諸多優(yōu)點(diǎn)以及其潛在的市場價(jià)值，近年來相關(guān)報(bào)道層出不窮。但是從制備方法上來看，研究人員幾乎采用的都是諸如磁控濺射法等物理方法，而且制備環(huán)境均為高真空條件，薄膜制備成本高昂。
[0005]采用化學(xué)法制備ρ型氧化錫基薄膜材料，制備成本低廉、制備工藝簡單、適合于工業(yè)化生產(chǎn)?；瘜W(xué)法制備性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)穩(wěn)定的Ρ型Sn0:jt明導(dǎo)電薄膜在ρ型氧化物透明導(dǎo)電薄膜領(lǐng)域具有重要的研究價(jià)值和市場價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于提供一種氧化錫基薄膜材料的制備方法，其成本低，性能好，并且制備過程的真空度條件不需太高，縮小了 P型氧化物器件與η型氧化物器件的性能差距，適合工業(yè)生產(chǎn)。
[0007]為達(dá)到上述目的，采用技術(shù)方案如下:
[0008]—種氧化錫基薄膜材料的制備方法，包括以下步驟:
[0009]1)將乙二醇甲醚、二水合氯化亞錫、乙醇胺按照(10?11): (0.15?0.2): (0.7?1)的摩爾比混合并攪拌至澄清，移至真空管式爐中抽真空并充入氬氣，在60?80°C條件下加熱15?30min，加熱完畢后繼續(xù)在氬氣氣氛中陳化1?2天，制得溶膠；
[0010]2)將基片固定在勻膠機(jī)上，以2000?2500轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋轉(zhuǎn)，在基片上滴加上述溶膠旋凃甩膠，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為20?30秒，制得薄膜試樣；
[0011]3)將薄膜試樣移至真空管式爐中，抽真空并通入氬氣，然后對(duì)薄膜試樣進(jìn)行加熱干燥，干燥結(jié)束后自然冷卻；
[0012]4)向真空管式爐內(nèi)通入甲醛蒸氣形成甲醛氣氛，以1?3°C /分鐘速率升溫，至退火溫度600?650°C保溫10?30min，退火完成后自然冷卻，即制得ρ型氧化錫基薄膜材料。
[0013]按上述方案，所述基片為絕緣Si02/Si基片，基片的尺寸為lOmmX 10mm,基片上S1jl 的厚度 500nm。
[0014]按上述方案，所述基片在使用前依次用丙酮、無水乙醇和去離子水進(jìn)行超聲波清洗。
[0015]按上述方案，步驟3)中所述干燥溫度為200 °C，干燥時(shí)間為15-20min。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:
[0017]本發(fā)明采用了溶膠凝膠法為制備方法，制備成本低廉、制備工藝簡單、適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0018]在制備薄膜過程首次引入甲醛蒸汽作為保護(hù)氣氛防止Sn2+氧化為Sn4+，引入511°來提高薄膜的迀移率，P型SnOJi膜的霍爾迀移率達(dá)到8.6cm 2V ^
[0019]化學(xué)法制備性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)穩(wěn)定的ρ型3110:(透明導(dǎo)電薄膜在ρ型氧化物透明導(dǎo)電薄膜領(lǐng)域具有重要的研究價(jià)值和市場價(jià)值。
【附圖說明】
[0020]圖1:實(shí)施例1中所制備的ρ型SnOji膜材料的霍爾迀移率結(jié)果圖；
[0021]圖2:實(shí)施例1中所制備的ρ型SnOx薄膜材料的XRD測試結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下實(shí)施例進(jìn)一步闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案，但是不作為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0023]本發(fā)明所提供的ρ型SnOx薄膜材料的制備過程如下:
[0024]1)將乙二醇甲醚8.5ml、二水合氯化亞錫0.0018mol以及乙醇胺0.5ml，在器皿中混合并攪拌至澄清，然后將溶液移至真空管式爐中，用機(jī)械栗將管式爐內(nèi)部環(huán)境抽氣，使得真空度達(dá)到-0.1MPa后，充入氬氣。在60°C條件下對(duì)溶液加熱0.5小時(shí)，加熱完畢后將溶液繼續(xù)在氬氣氣氛中陳化1天，制得溶膠。由于二價(jià)錫的化學(xué)性質(zhì)活潑，所以配置溶膠過程一定要迅速，以免二價(jià)錫被氧化。錫的濃度太高，在退火時(shí)候離子會(huì)發(fā)生團(tuán)聚以及透光率不高，薄膜附著力不夠等現(xiàn)象，所以要濃度盡量小，本實(shí)驗(yàn)Sn2+所采用的濃度為0.2mol/L0
[0025]2)分別用丙酮、無水乙醇、去離子水對(duì)基片進(jìn)行超聲波清洗各一次。所述的基片為絕緣Si02/Si基片，基片的尺寸為lOmmX 10mm，基片上3;102層的厚度500nm。
[0026]3)取5片基片，將基片固定在勻膠機(jī)上，以2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在基片上滴加溶膠3滴，進(jìn)行旋凃甩膠，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為30秒，制得薄膜試樣。
[0027]4)甩膠結(jié)束后，將薄膜試樣移至真空管式爐中，抽真空并通入氬氣，然后對(duì)薄膜試樣進(jìn)行加熱干燥，干燥結(jié)束后自然冷卻。因?yàn)樵谘鹾繕O少的環(huán)境下進(jìn)行燒結(jié)，試樣中的碳元素很難完全燃燒，容易發(fā)生碳化，所以在低溫干燥階段盡量延長保溫時(shí)間，以將碳元素的含量降到最低。本實(shí)驗(yàn)在200°C下保溫15min來除盡碳元素。
[0028]5)真空管式爐內(nèi)形成甲醛氣氛后，將上步驟中所制得的薄膜試樣分別進(jìn)行退火，退火溫度為600?650°C，保溫時(shí)間分別為10、20、30、40、50分鐘，升溫速度為3°C /分鐘，退火完成后自然冷卻，即制得所述P型氧化錫薄膜材料。
[0029]對(duì)所得五組薄膜試樣進(jìn)行電學(xué)性能的測試，薄膜材料電學(xué)性能如圖1所示。從圖1中可以看出退火時(shí)間在10?30min內(nèi)時(shí)，薄膜的導(dǎo)電特性呈ρ型，并且迀移率隨保溫時(shí)間的增長而增加。當(dāng)保溫時(shí)間超過30min后，薄膜的導(dǎo)電特性呈現(xiàn)為η型。
[0030]對(duì)所得五組薄膜試樣進(jìn)行XRD測試，結(jié)果如圖2所示，在保溫時(shí)間低于30分鐘時(shí)根據(jù)PDF卡片N0.24-1342，四個(gè)衍射峰分別是斜方SnO的特征峰(101)和(011)。同時(shí)根據(jù)PDF卡片N0.04-0673在44.0。,45.1°和55.5。分別對(duì)應(yīng)著Sn的特征峰(220)，(211)和(301)。當(dāng)保溫時(shí)間上升到30分鐘以后，薄膜中出現(xiàn)了 Sn02的組分，對(duì)應(yīng)的衍射峰分別為(110)和(101)。通過XRD檢測標(biāo)定，可以確定我們的ρ型導(dǎo)電薄膜樣品是具有SnO和Sn的混合膜，本發(fā)明稱為SnOx薄膜，其霍爾迀移率達(dá)到8.6cm 2V ^
[0031]此外，通過XPS檢測分析發(fā)現(xiàn)，SnOx薄膜中Sn °的含量較高的其ρ型霍爾迀移率較尚ο
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氧化錫基薄膜材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)將乙二醇甲醚、二水合氯化亞錫、乙醇胺按照(10?11):(0.15?0.2): (0.7?1)的摩爾比混合并攪拌至澄清，移至真空管式爐中抽真空并充入氬氣，在60?80°C條件下加熱15?30min，加熱完畢后繼續(xù)在氬氣氣氛中陳化1?2天，制得溶膠； 2)將基片固定在勻膠機(jī)上，以2000?2500轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋轉(zhuǎn)，在基片上滴加上述溶膠旋凃甩膠，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為20?30秒，制得薄膜試樣； 3)將薄膜試樣移至真空管式爐中，抽真空并通入氬氣，然后對(duì)薄膜試樣進(jìn)行加熱干燥，干燥結(jié)束后自然冷卻； 4)向真空管式爐內(nèi)通入甲醛蒸氣形成甲醛氣氛，以1?3°C/分鐘速率升溫，至退火溫度600?650°C保溫10?30min，退火完成后自然冷卻，即制得p型氧化錫基薄膜材料。2.如權(quán)利要求1所述氧化錫基薄膜材料的制備方法，其特征在于所述基片為絕緣Si02/Si基片，基片的尺寸為lOmmX 10mm，基片上S1jl^的厚度500nm。3.如權(quán)利要求1所述氧化錫基薄膜材料的制備方法，其特征在于所述基片在使用前依次用丙酮、無水乙醇和去離子水進(jìn)行超聲波清洗。4.如權(quán)利要求1所述氧化錫基薄膜材料的制備方法，其特征在于步驟3)中所述干燥溫度為200 °C，干燥時(shí)間為15-20min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧化錫基薄膜材料的制備方法。包括以下步驟：將乙二醇甲醚、二水合氯化亞錫、乙醇混合并攪拌，在60～80℃條件下加熱15～30min，加熱完畢后繼續(xù)在氬氣氣氛中陳化1～2天，制得溶膠；在基片上滴加上述溶膠旋凃甩膠得薄膜試樣；移至真空管式爐中，抽真空并通入氬氣，加熱干燥；真空管式爐內(nèi)形成甲醛氣氛，并以1～3℃/分鐘速率升溫，至退火溫度600～650℃保溫10～30min，退火完成后自然冷卻，p型氧化錫基薄膜材料制備完成。引入甲醛蒸汽作為保護(hù)氣氛防止Sn2+氧化為Sn4+，引入Sn0來提高薄膜的遷移率，上述方法制備的霍爾遷移率高達(dá)8.6cm2V-1S-1。
【IPC分類】C23C18/12
【公開號(hào)】CN105420696
【申請?zhí)枴緾N201510828530
【發(fā)明人】孫劍, 陳澤群
【申請人】中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月25日