一种溶液法制备高密度氧化锆绝缘层薄膜的方法与流程

本发明属于薄膜晶体管制备技术领域，具体涉及一种溶液法制备高密度氧化锆绝缘层薄膜的方法。

背景技术：

薄膜晶体管(thinfilmtransistor,tft)是一种三端场效应器件，可以组成显示的驱动电路，从而实现平板显示大尺寸、超高清和全彩高刷新显示。tft中绝缘层能起到存储电容和防止信号串扰等作用，其不仅影响tft器件的转移性能，同时影响稳定性和寿命等。zro2有高的相对介电常数(～27)、较宽的禁带(7.8ev)，是一种常用的介质层材料。相比于真空制备技术，如气相沉积、磁控溅射等，利用旋涂法制备的薄膜具有性价比高、节能、污染低等优点，因此旋涂法制备金属氧化物薄膜吸引了越来越多的关注。然而由于孔洞和有机杂质等的存在，溶液法制备的薄膜常常存在密度较低的问题，这极大地影响了薄膜的性能。

技术实现要素：

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种溶液法制备高密度氧化锆绝缘层薄膜的方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种溶液法制备高密度zro2绝缘层薄膜的方法，包括如下制备步骤：

(1)将zr(no3)4·5h2o(五水合硝酸锆)和h3bo3(硼酸)溶于乙二醇单甲醚(2-moe)中，搅拌老化得到前驱体溶液；

(2)在ito玻璃衬底上旋涂步骤(1)所得前驱体溶液，然后退火处理，得到高密度zro2绝缘层薄膜。

优选地，步骤(1)中所述前驱体溶液中zr(no3)4·5h2o的浓度为0.3～0.6mol/l，h3bo3加入的摩尔量为zr(no3)4·5h2o的7％～9％。

优选地，步骤(2)中所述旋涂的工艺条件为：转速4000～6000rpm，旋涂次数3～5次，每次旋涂时间30～40s，每次旋涂之间退火温度300℃，时间3～5min。

优选地，步骤(2)中所述退火处理的温度为300℃，时间为1～2h。

本发明的原理为：将zr(no3)4·5h2o和h3bo3溶于乙二醇单甲醚中，可以得到含硼离子的硝酸锆溶液。在薄膜后退火过程中硼离子与氧离子结合形成b-o(硼氧键)，由于b-o(硼氧键)的结合能(192.7kcal/mol)比zr-o(锆氧键)的结合能(180.6kcal/mol)高，同时硼离子的离子半径(r0＝41pm)比锆离子的离子半径(r0＝86pm)小，因此硼氧键可以提高薄膜的致密度，从而实现高密度zro2薄膜的溶液法制备。b-o(硼氧键)和zr-o(锆氧键)的示意图如图1所示。

本发明的制备方法具有如下优点及有益效果：

本发明在硝酸锆溶液中加入h3bo3，利用退火过程中形成的b-o(硼氧键)来提高薄膜的致密度，使得能够基于溶液法制备高密度zro2薄膜。

附图说明

图1是b-o(硼氧键)和zr-o(锆氧键)的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

(1)前驱体配制：将2.576gzr(no3)4·5h2o(五水合硝酸锆)和0.02596gh3bo3(硼酸)溶于10ml乙二醇单甲醚(2-moe)中，搅拌老化24h得到浓度为0.6mol/l的前驱体溶液。

(2)衬底制备：在玻璃基板表面沉积一层150nm的ito电极，清洗烘干，得到ito玻璃衬底。

(3)在ito玻璃衬底按所选工艺参数旋涂步骤(1)所得的前驱体溶液，旋涂转速6000rpm，每次匀胶时间40s，匀胶次数5次，每次匀胶之间退火温度300℃，时间4min，然后在300℃退火处理1h，得到高密度的氧化锆绝缘层薄膜。

使用xrr(x射线衍射)测试所得氧化锆薄膜的密度为4.82g/cm³，相比不加入硼酸所得氧化锆薄膜的密度(4.63g/cm³)有较大的提升。

实施例2

(1)前驱体配制：将1.288gzr(no3)4·5h2o(五水合硝酸锆)和0.01669gh3bo3(硼酸)溶于10ml乙二醇单甲醚(2-moe)中，搅拌老化24h得到浓度为0.3mol/l的前驱体溶液。

(2)衬底制备：在玻璃基板表面沉积一层150nm的ito电极，清洗烘干，得到ito玻璃衬底。

(3)在ito玻璃衬底按所选工艺参数旋涂步骤(1)所得的前驱体溶液，旋涂转速4000rpm，每次匀胶时间30s，匀胶次数3次，每次匀胶之间退火温度300℃，时间5min，然后在300℃退火处理2h，得到高密度的氧化锆绝缘层薄膜。

使用xrr(x射线衍射)测试所得氧化锆薄膜的密度为4.75g/cm³，相比不加入硼酸所得氧化锆薄膜的密度(4.63g/cm³)有较大的提升。

实施例3

(1)前驱体配制：将2.147gzr(no3)4·5h2o(五水合硝酸锆)和0.02472gh3bo3(硼酸)溶于10ml乙二醇单甲醚(2-moe)中，搅拌老化24h得到浓度为0.5mol/l的前驱体溶液。

(2)衬底制备：在玻璃基板表面沉积一层150nm的ito电极，清洗烘干，得到ito玻璃衬底。

(3)在ito玻璃衬底按所选工艺参数旋涂步骤(1)所得的前驱体溶液，旋涂转速5000rpm，每次匀胶时间40s，匀胶次数4次，每次匀胶之间退火温度300℃，时间3min，然后在300℃退火处理1.5h，得到高密度的氧化锆绝缘层薄膜。

使用xrr(x射线衍射)测试所得氧化锆薄膜的密度为4.78g/cm³，相比不加入硼酸所得氧化锆薄膜的密度(4.63g/cm³)有较大的提升。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明属于薄膜晶体管制备技术领域，公开了一种溶液法制备高密度氧化锆绝缘层薄膜的方法。将Zr(NO3)4·5H2O和H3BO3溶于乙二醇单甲醚中，搅拌老化得到前驱体溶液；在ITO玻璃衬底上旋涂所得前驱体溶液，然后退火处理，得到高密度ZrO2绝缘层薄膜。本发明在硝酸锆溶液中加入H3BO3，利用退火过程中形成的B‑O(硼氧键)来提高薄膜的致密度，使得能够基于溶液法制备高密度ZrO2薄膜。

技术研发人员：宁洪龙;周尚雄;姚日晖;袁炜健;史沐杨;李志航;蔡炜;朱镇南;魏靖林;彭俊彪
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2018.05.28
技术公布日：2018.11.09