一种基于微晶玻璃衬底制备厚膜的方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于微晶玻璃衬底制备厚膜的方法。以微晶玻璃为衬底材料，利用微晶玻璃中均匀分布的微晶相作为形核生长的活性位点，通过水浴法在微晶玻璃上生长厚膜，其厚度最大可达1-10微米。具体制备步骤包括：配制所需的前驱体水溶液；将微晶玻璃衬底置于前驱体水溶液中，在微晶玻璃表面生长晶体材料，得到厚膜。本发明中所需的微晶玻璃衬底制备工艺简单，容易加工成型，且可获得大的尺寸面积；利用该方法生长材料适用于多种晶体材料体系，克服了传统玻璃衬底上生长晶体存在的效率低、生长过程不易控制的缺点，易于大规模生产。
【专利说明】一种基于微晶玻璃衬底制备厚膜的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料生长制备【技术领域】，具体地涉及一种基于微晶玻璃衬底制备厚膜 的方法。
【背景技术】
[0002] 玻璃材料具有成本低、容易加工成型和可大面积生产等优点，被认为是一种良好 的生长膜材料的基质材料，在半导体薄膜制备领域应用前景广阔。通过简单的水浴法，研究 者们可以在玻璃衬底上生长出多种材料，如氧化锌和氧化银等。但是由于玻璃材料本身是 无序非晶态结构，这不利于晶体材料生长所需的形核和长大两个过程，因此，基于传统玻璃 材料的膜生长方法存在生长效率低和生长过程不易控制等问题，难以真正制备出满足工业 实际要求厚度的膜材料，这严重限制了玻璃材料在膜生长基质材料方面的应用。
【发明内容】
[0003] 克服传统玻璃衬底作为晶体生长的基质材料存在的不足，本发明的目的在于提供 一种基于微晶玻璃衬底制备厚膜的方法。本发明利用微晶玻璃材料这一类在连续的玻璃相 中分布有微晶相的复合材料，它的制备方法非常简单，通常只需在熔融法形成玻璃的基础 上经过后续的热处理，使其析出微晶即可。另外，利用这些微晶相能够为晶体生长提供了一 个良好的生长位点，降低了形核和生长的能量势垒，大大提高材料生长效率，能够实现高效 可控地生长出不同材料体系的厚膜。
[0004] 本发明的技术方案是： 以微晶玻璃为衬底材料，利用微晶玻璃中均匀分布的微晶相作为形核生长的活性位 点，通过水浴法在微晶玻璃上生长厚膜。
[0005] 所述的厚膜的最大厚度为1-10微米。
[0006] 所述的厚膜的具体制备步骤包括： 1) 配制所需的前驱体水溶液，前驱体的浓度为l-l〇〇g/L ; 2) 将微晶玻璃衬底置于前驱体水溶液中，在70-90°C下反应1-3小时，在微晶玻璃表面 生长晶体材料，得到厚膜。
[0007] 所述的厚膜的最大厚度为1-10微米。
[0008] 所述的微晶玻璃的玻璃相为硼酸盐玻璃，微晶相为二氧化钛。
[0009] 所述的微晶相为纳米微晶相，纳米微晶相的尺寸为l-100nm。
[0010] 所述的晶体材料为氧化物晶体材料或者氢氧化物晶体材料。
[0011] 所述的氧化物晶体材料的氧化物为氧化银、氧化锌、氧化钴、氧化锡或者氧化亚 锡。
[0012] 所述的氢氧化物晶体材料的氢氧化物为氢氧化铁、氢氧化铜、氢氧化钇、氢氧化 镍、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化铟或者羟基磷灰石。
[0013] 本发明的有益效果是： 本发明中所需的微晶玻璃衬底制备工艺简单，容易加工成型，且可获得大的尺寸面积； 利用该方法生长材料适用于多种晶体材料体系，克服了传统玻璃衬底上生长晶体存在的效 率低、生长过程不易控制的缺点，易于大规模生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为实施例1中微晶玻璃的透射电子显微镜照片。
[0015] 图2为实施例1中在玻璃和微晶玻璃衬底上生长的氧化锌厚膜的扫描电子显微镜 照片。
【具体实施方式】
[0016] 以下结合附图及具体实施例对本发明作示例性的说明及帮助进一步理解本发明， 但实施案例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部的技术方案，因此 不应理解为对本发明总的技术方案的限定，一些在技术人员看来，不偏离本发明构思的非 实质性增加和改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改换或替换，均属于 本发明保护范围。
[0017] 本发明以微晶玻璃为衬底材料，利用微晶玻璃中均匀分布的微晶相作为形核生长 的活性位点，通过水浴法在微晶玻璃上生长厚膜。
[0018] 上述厚膜的最大厚度为1-10微米。
[0019] 本发明的厚膜的具体制备步骤包括： 1) 配制晶体材料生长所需的前驱体水溶液，前驱体的浓度为l-l〇〇g/L ; 2) 将微晶玻璃衬底置于前驱体水溶液中，在70-90°C下反应1-3小时，在微晶玻璃表面 生长晶体材料，得到厚膜，其最大厚度为1-10微米。
[0020] 优选地，微晶玻璃的玻璃相为硼酸盐玻璃，微晶相为二氧化钛。
[0021] 上述微晶相为纳米微晶相，纳米微晶相的尺寸为l-l〇〇nm。
[0022] 优选的晶体材料为氧化物晶体材料或者氢氧化物晶体材料。
[0023] 优选的氧化物晶体材料的氧化物为氧化银、氧化锌、氧化钴、氧化锡或者氧化亚 锡。
[0024] 优选的氢氧化物晶体材料的氢氧化物为氢氧化铁、氢氧化铜、氢氧化钇、氢氧化 镍、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化铟或者羟基磷灰石。
[0025] 本发明的具体实施例如下： 本发明实施例的玻璃和微晶玻璃组分为ASBA-XiBaO-XJnO-XMlA-lOTiC^，其中 BaO、ZnO、和A1203三个次要组分的含量Χρ X2和X3可在5-15%范围内进行调整。
[0026] 实施例1 : 采用的玻璃和微晶玻璃组分均为65B203-10Ba0-10Zn0-5Al20 3-10Ti02。
[0027] 1)采用熔融法制备两块上述组分的玻璃。准确称取玻璃组分中的各成分，在1350 °C下融熔30分钟，最后淬冷形成玻璃； 2)将其中一块玻璃在615°C下进行热处理2小时，析出二氧化钛微晶相，得到二氧化钛 微晶玻璃，通过微晶玻璃的透射电子显微镜照片证实玻璃中的确析出了二氧化钛微晶相， 如图1所示； 3)称取0. 175g醋酸锌溶于10ml水中，将步骤1)和2)中制备的玻璃和微晶玻璃置于 醋酸锌溶液中，80°C下反应2小时，在玻璃和微晶玻璃表面得到不同厚度的氧化锌。
[0028] 对比在玻璃和微晶玻璃衬底上生长的氧化锌膜材料的扫描电子显微镜照片，发现 在微晶玻璃衬底上生长的氧化锌达到5微米，这比在玻璃衬底上生长的氧化锌（1. 3微米） 更加厚，如图2所示。
[0029] 实施例2 : 玻璃和微晶玻璃组分与实施例1相同，并且制备的反应条件和工艺均与实施例1相同， 不同的是实施例2中所生长的晶体材料改为氧化银。
[0030] 称取0. 042g硝酸银溶于10ml水中，将玻璃和微晶玻璃置于该硝酸银溶液中，75°C 下反应2小时，在玻璃和微晶玻璃表面得到不同厚度的氧化银。
[0031] 对比在玻璃和微晶玻璃衬底上生长的氧化银的厚度，发现在微晶玻璃衬底上生长 的氧化银达到2. 3微米，这比在玻璃衬底上生长的氧化银（0. 7微米）更加厚。
[0032] 实施例3 : 玻璃和微晶玻璃组分与实施例1相同，并且制备的反应条件和工艺均与实施例1相同， 不同的是实施例4中所生长的晶体材料改为氧化钴。称取lg醋酸钴溶于10ml水中，将玻 璃和微晶玻璃置于醋酸钴溶液中，70°C下反应3小时，在玻璃和微晶玻璃表面得到不同厚 度的氧化钴。
[0033] 对比在玻璃和微晶玻璃衬底上生长的氧化钴膜材料的厚度，发现在微晶玻璃衬底 上生长的氧化钴达到10微米，这比在玻璃衬底上生长的氧化钴（2微米）更加厚。
[0034] 实施例4 : 玻璃和微晶玻璃组分与实施例1相同，并且制备的反应条件和工艺均与实施例1相同， 不同的是实施例5中所生长的晶体材料改为氢氧化铁。称取0. Olg氯化铁溶于10ml水中， 将步玻璃和微晶玻璃置于该氯化铁溶液中，90°C下反应3小时，在玻璃和微晶玻璃表面得 到不同厚度的氢氧化铁。
[0035] 对比在玻璃和微晶玻璃衬底上生长的氢氧化铁的厚度，发现在微晶玻璃衬底上生 长的氢氧化铁达到1微米，这比在玻璃衬底上生长的氢氧化铁（〇. 2微米）更加厚。
[0036] 以上实施实例及其实验证明，基于微晶玻璃衬底的晶体生长方法适用于多种晶体 材料生长，克服了传统玻璃衬底上生长晶体存在的效率低、生长过程不易控制的缺点，易于 大规模生产。
[0037] 上述【具体实施方式】用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的 精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范 围。
【权利要求】
1. 一种基于微晶玻璃衬底制备厚膜的方法，其特征在于：以微晶玻璃为衬底材料，利 用微晶玻璃中均匀分布的微晶相作为形核生长的活性位点，通过水浴法在微晶玻璃上生长 厚膜。
2. 根据权利要求1所述的一种基于微晶玻璃衬底制备厚膜的方法，其特征在于：所述 的厚膜的最大厚度为1-10微米。
3. 根据权利要求1所述的一种基于微晶玻璃衬底制备厚膜的方法，其特征在于：所述 的厚膜的具体制备步骤包括： 1) 配制所需的前驱体水溶液，前驱体的浓度为l-l〇〇g/L ; 2) 将微晶玻璃衬底置于前驱体水溶液中，在70-90°C下反应1-3小时，在微晶玻璃表面 生长晶体材料，得到厚膜。
4. 根据权利要求1?3任一所述的一种基于微晶玻璃衬底制备厚膜的方法，其特征在 于：所述的厚膜的最大厚度为1-10微米。
5. 根据权利要求1?3任一所述的一种基于微晶玻璃衬底制备厚膜的方法，其特征在 于：所述的微晶玻璃的玻璃相为硼酸盐玻璃，微晶相为二氧化钛。
6. 根据权利要求1?3任一所述的一种基于微晶玻璃衬底制备厚膜的方法，其特征在 于：所述的微晶相为纳米微晶相，纳米微晶相的尺寸为l-l〇〇nm。
7. 根据权利要求1?3任一所述的一种基于微晶玻璃衬底制备厚膜的方法，其特征在 于：所述的晶体材料为氧化物晶体材料或者氢氧化物晶体材料。
8. 根据权利要求7任一所述的一种基于微晶玻璃衬底制备厚膜的方法，其特征在于： 所述的氧化物晶体材料的氧化物为氧化银、氧化锌、氧化钴、氧化锡或者氧化亚锡。
9. 根据权利要求7任一所述的一种基于微晶玻璃衬底制备厚膜的方法，其特征在于： 所述的氢氧化物晶体材料的氢氧化物为氢氧化铁、氢氧化铜、氢氧化钇、氢氧化镍、氢氧化 镁、氢氧化铝、氢氧化铟或者羟基磷灰石。
【文档编号】C03C17/25GK104193183SQ201410375766
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】周时凤, 郑彬彬, 郭强兵 申请人:浙江大学