一种氧化锡基薄膜材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体薄膜技术领域，具体涉及一种氧化锡基薄膜材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着信息显示技术的高速发展，氧化物半导体在许多应用领域中都得到了广泛的关注。在过去几十年里，η型氧化物半导体在材料制备以及器件的应用中取得了巨大的成功，但是Ρ型氧化物半导体的发展还非常滞后。
[0003]η型氧化物薄膜晶体管与ρ型氧化物薄膜晶体管相结合组成的双极性薄膜晶体管是实现透明电子器件的基础。此外，Ρ型氧化物薄膜晶体管更有利于驱动有机发光二极管高开口率像素单元。同时，ρ型氧化物的薄膜晶体管与平板显示技术相结合，将会使屏幕更加清晰。氧化锡及其掺杂体系被认为是应用潜力巨大的Ρ型氧化物。
[0004]由于ρ型氧化锡基薄膜的诸多优点以及其潜在的市场价值，近年来相关报道层出不穷。但是从制备方法上来看，研究人员几乎采用的都是诸如磁控溅射法等物理方法，而且制备环境均为高真空条件，薄膜制备成本高昂。
[0005]采用化学法制备ρ型氧化锡基薄膜材料，制备成本低廉、制备工艺简单、适合于工业化生产。化学法制备性能优良、结构和物理性质稳定的Ρ型Sn0:jt明导电薄膜在ρ型氧化物透明导电薄膜领域具有重要的研究价值和市场价值。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于提供一种氧化锡基薄膜材料的制备方法，其成本低，性能好，并且制备过程的真空度条件不需太高，缩小了 P型氧化物器件与η型氧化物器件的性能差距，适合工业生产。
[0007]为达到上述目的，采用技术方案如下:
[0008]—种氧化锡基薄膜材料的制备方法，包括以下步骤:
[0009]1)将乙二醇甲醚、二水合氯化亚锡、乙醇胺按照(10?11): (0.15?0.2): (0.7?1)的摩尔比混合并搅拌至澄清，移至真空管式炉中抽真空并充入氩气，在60?80°C条件下加热15?30min，加热完毕后继续在氩气气氛中陈化1?2天，制得溶胶；
[0010]2)将基片固定在匀胶机上，以2000?2500转/分钟的速度旋转，在基片上滴加上述溶胶旋凃甩胶，旋转时间为20?30秒，制得薄膜试样；
[0011]3)将薄膜试样移至真空管式炉中，抽真空并通入氩气，然后对薄膜试样进行加热干燥，干燥结束后自然冷却；
[0012]4)向真空管式炉内通入甲醛蒸气形成甲醛气氛，以1?3°C /分钟速率升温，至退火温度600?650°C保温10?30min，退火完成后自然冷却，即制得ρ型氧化锡基薄膜材料。
[0013]按上述方案，所述基片为绝缘Si02/Si基片，基片的尺寸为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、无水乙醇和去离子水进行超声波清洗。
[0015]按上述方案，步骤3)中所述干燥温度为200 °C，干燥时间为15-20min。
[0016]本发明的有益效果在于:
[0017]本发明采用了溶胶凝胶法为制备方法，制备成本低廉、制备工艺简单、适合于工业化生产。
[0018]在制备薄膜过程首次引入甲醛蒸汽作为保护气氛防止Sn2+氧化为Sn4+，引入511°来提高薄膜的迀移率，P型SnOJi膜的霍尔迀移率达到8.6cm 2V ^
[0019]化学法制备性能优良、结构和物理性质稳定的ρ型3110:(透明导电薄膜在ρ型氧化物透明导电薄膜领域具有重要的研究价值和市场价值。
【附图说明】
[0020]图1:实施例1中所制备的ρ型SnOji膜材料的霍尔迀移率结果图；
[0021]图2:实施例1中所制备的ρ型SnOx薄膜材料的XRD测试结果图。
【具体实施方式】
[0022]以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但是不作为对本发明保护范围的限制。
[0023]本发明所提供的ρ型SnOx薄膜材料的制备过程如下:
[0024]1)将乙二醇甲醚8.5ml、二水合氯化亚锡0.0018mol以及乙醇胺0.5ml，在器皿中混合并搅拌至澄清，然后将溶液移至真空管式炉中，用机械栗将管式炉内部环境抽气，使得真空度达到-0.1MPa后，充入氩气。在60°C条件下对溶液加热0.5小时，加热完毕后将溶液继续在氩气气氛中陈化1天，制得溶胶。由于二价锡的化学性质活泼，所以配置溶胶过程一定要迅速，以免二价锡被氧化。锡的浓度太高，在退火时候离子会发生团聚以及透光率不高，薄膜附着力不够等现象，所以要浓度尽量小，本实验Sn2+所采用的浓度为0.2mol/L0
[0025]2)分别用丙酮、无水乙醇、去离子水对基片进行超声波清洗各一次。所述的基片为绝缘Si02/Si基片，基片的尺寸为lOmmX 10mm，基片上3;102层的厚度500nm。
[0026]3)取5片基片，将基片固定在匀胶机上，以2000转/分钟的速度进行旋转，在基片上滴加溶胶3滴，进行旋凃甩胶，旋转时间为30秒，制得薄膜试样。
[0027]4)甩胶结束后，将薄膜试样移至真空管式炉中，抽真空并通入氩气，然后对薄膜试样进行加热干燥，干燥结束后自然冷却。因为在氧含量极少的环境下进行烧结，试样中的碳元素很难完全燃烧，容易发生碳化，所以在低温干燥阶段尽量延长保温时间，以将碳元素的含量降到最低。本实验在200°C下保温15min来除尽碳元素。
[0028]5)真空管式炉内形成甲醛气氛后，将上步骤中所制得的薄膜试样分别进行退火，退火温度为600?650°C，保温时间分别为10、20、30、40、50分钟，升温速度为3°C /分钟，退火完成后自然冷却，即制得所述P型氧化锡薄膜材料。
[0029]对所得五组薄膜试样进行电学性能的测试，薄膜材料电学性能如图1所示。从图1中可以看出退火时间在10?30min内时，薄膜的导电特性呈ρ型，并且迀移率随保温时间的增长而增加。当保温时间超过30min后，薄膜的导电特性呈现为η型。
[0030]对所得五组薄膜试样进行XRD测试，结果如图2所示，在保温时间低于30分钟时根据PDF卡片N0.24-1342，四个衍射峰分别是斜方SnO的特征峰(101)和(011)。同时根据PDF卡片N0.04-0673在44.0。,45.1°和55.5。分别对应着Sn的特征峰(220)，(211)和(301)。当保温时间上升到30分钟以后，薄膜中出现了 Sn02的组分，对应的衍射峰分别为(110)和(101)。通过XRD检测标定，可以确定我们的ρ型导电薄膜样品是具有SnO和Sn的混合膜，本发明称为SnOx薄膜，其霍尔迀移率达到8.6cm 2V ^
[0031]此外，通过XPS检测分析发现，SnOx薄膜中Sn °的含量较高的其ρ型霍尔迀移率较尚ο
【主权项】
1.一种氧化锡基薄膜材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 1)将乙二醇甲醚、二水合氯化亚锡、乙醇胺按照(10?11):(0.15?0.2): (0.7?1)的摩尔比混合并搅拌至澄清，移至真空管式炉中抽真空并充入氩气，在60?80°C条件下加热15?30min，加热完毕后继续在氩气气氛中陈化1?2天，制得溶胶； 2)将基片固定在匀胶机上，以2000?2500转/分钟的速度旋转，在基片上滴加上述溶胶旋凃甩胶，旋转时间为20?30秒，制得薄膜试样； 3)将薄膜试样移至真空管式炉中，抽真空并通入氩气，然后对薄膜试样进行加热干燥，干燥结束后自然冷却； 4)向真空管式炉内通入甲醛蒸气形成甲醛气氛，以1?3°C/分钟速率升温，至退火温度600?650°C保温10?30min，退火完成后自然冷却，即制得p型氧化锡基薄膜材料。2.如权利要求1所述氧化锡基薄膜材料的制备方法，其特征在于所述基片为绝缘Si02/Si基片，基片的尺寸为lOmmX 10mm，基片上S1jl^的厚度500nm。3.如权利要求1所述氧化锡基薄膜材料的制备方法，其特征在于所述基片在使用前依次用丙酮、无水乙醇和去离子水进行超声波清洗。4.如权利要求1所述氧化锡基薄膜材料的制备方法，其特征在于步骤3)中所述干燥温度为200 °C，干燥时间为15-20min。
【专利摘要】本发明公开了一种氧化锡基薄膜材料的制备方法。包括以下步骤：将乙二醇甲醚、二水合氯化亚锡、乙醇混合并搅拌，在60～80℃条件下加热15～30min，加热完毕后继续在氩气气氛中陈化1～2天，制得溶胶；在基片上滴加上述溶胶旋凃甩胶得薄膜试样；移至真空管式炉中，抽真空并通入氩气，加热干燥；真空管式炉内形成甲醛气氛，并以1～3℃/分钟速率升温，至退火温度600～650℃保温10～30min，退火完成后自然冷却，p型氧化锡基薄膜材料制备完成。引入甲醛蒸汽作为保护气氛防止Sn2+氧化为Sn4+，引入Sn0来提高薄膜的迁移率，上述方法制备的霍尔迁移率高达8.6cm2V-1S-1。
【IPC分类】C23C18/12
【公开号】CN105420696
【申请号】CN201510828530
【发明人】孙剑, 陈泽群
【申请人】中国地质大学（武汉）
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月25日