一种IGZO超晶格纳米颗粒的制备方法与流程

文档序号：16427018发布日期：2018-12-28 19:51阅读：815来源：国知局

本发明涉及材料制备方法，具体涉及一种igzo超晶格纳米颗粒的制备方法。

背景技术

igzo即ingao3(zno)n是含有周期性多层晶体结构的铟镓锌氧化物，被认为是“天然超晶格”；它的晶体结构是由in-o层和ga-o/zn-o层沿[0001]方向交替排列而成；n值可以通过改变ga-o/zn-o层的层数来调控，满足广泛的应用需求。

igzo是一种新型的半导体材料，2004年日本东京工业大学hosono教授利用等离子体激光沉积成功地在室温下开发了非晶状态的igzo薄膜；由于它电子迁移率高，面积均匀性较大、制造温度较低，用在新一代高性能薄膜晶体管(tft)中作为沟通材料；从而提高显示面板的分辨率，使得大屏幕oled电视成为可能；目前对于igzo的研究主要集中在非晶态薄膜上，但是因为结构无需和缺陷影响载流子传输性能和器件性能；而晶体的igzo具有更规则和紧凑的晶体结构，从而产生更高的化学稳定性和器件可靠性；合成晶体igzo的主要挑战是实现单结晶度，这对于确保体积均匀性和快速载流子传输非常重要，而不会在晶界处散射；单晶igzo薄膜只能在高达1400℃高温下稳定；2003年，hosono教授课题组利用外延生长技术在1400℃下再氧化钇-氧化锆衬底上获得单晶igzo薄膜；在如此高的温度下退火导致组分如zn、in和ga的极高挥发性，限制了组成和结构控制。

相比之下，低维igzo纳米结构已经在比较低的温度下成功生产，因为他们的限制尺寸便于稳定单晶结构；关于一维ingao3(zno)n纳米线，使用传统的化学气相沉积(cvd)制备方法；由于难以精确控制三种前体的蒸气压，无法确保纳米线之间的高成分均匀性；对于零维ingao3(zno)n纳米颗粒，目前有通过在基底旋涂薄膜和共沉淀在内的工艺实现合成，但是这种方法制备的纳米颗粒既没有高度周期性的结构也没有均匀的组成，并且其结构也不可控。

技术实现要素：

本发明制备一种分散性好、纯度高、组成均匀、结晶完整，结构便于控制的igzo超晶格纳米颗粒的制备方法。

本文中igzo均指ingao3(zno)n。

本发明采用的技术方案是：一种igzo超晶格纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将铟盐、镓盐和锌盐按照原子比为in：ga：zn＝5:5:4的比例溶于溶剂中；

步骤2：在步骤1形成的混合溶液中加入稳定剂，搅拌均匀后，陈化形成in-ga-zn-o前驱体；

步骤3：制备适量浓度的zno纳米颗粒溶液，依次经过超声、粉碎和脱泡得到均匀分散的zno纳米颗粒溶液；

步骤4：在步骤3得到的zno纳米颗粒溶液加入步骤2得到的in-ga-zn-o前驱体溶液，分别经超声、粉碎、脱泡得到混合溶液；

步骤5：步骤4得到的混合溶液烘干后退火得到所需igzo超晶格纳米颗粒。

进一步的，所述步骤1中的铟盐为硝酸铟，镓盐为硝酸镓，锌盐为乙酸锌。

进一步的，所述步骤2中的稳定剂为0.3mol/l的乙醇胺。

进一步的，所述步骤2中在水浴加热磁力搅拌器中搅拌，水浴温度为60～70℃，搅拌60～70min，转速为400～600rpm；形成透明均匀凝胶后，在室温条件下陈化24小时，形成in-ga-zn-o前驱体。

进一步的，所述步骤3中超声时间为10～15min，粉碎采用超声细胞粉碎机，在功率为50～65％条件下粉碎10～15min；采用脱泡机脱泡10～15min。

进一步的，所述步骤3中zno纳米颗粒溶液采用乙二醇甲醚作为溶剂；步骤4中的in-ga-zn-o前驱体溶液与zno纳米颗粒溶液中的溶剂体积比为1:1。

进一步的，所述步骤4中的超声时间为10～15min，粉碎采用超声细胞粉碎机，在功率为50～65％条件下粉碎10～15min；采用脱泡机脱泡10～15min。

进一步的，所述步骤5中的烘干温度为180～200℃，烘干时间为30～45min。

进一步的，所述步骤5中的退火温度为900℃，退火时间为30min。

本发明的有益效果是：

(1)本发明制备方法简单，原料价格低廉、适合大批量生产；

(2)本发明制备方法可通过改变步骤3中zno纳米颗粒溶液浓度，调控ingao3(zno)n中的n值变化，从而调控ingao3(zno)n的结构；

(3)本发明制备得到的ingao3(zno)n超晶格纳米颗粒分散性好、纯度高、组成均匀、结晶完整、易于控制。

附图说明

图1为本发明实施例1(a)和实施例2(b)中得到的ingao3(zno)n超晶格纳米颗粒的x射线衍射图。

图2为本发明实施例1-5中制备得到的ingao3(zno)n超晶格纳米颗粒的低倍透射电子显微镜图。

图3为本发明实施例1-5中制备得到的ingao3(zno)n超晶格纳米颗粒的高倍透射电子显微镜图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

一种igzo超晶格纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将铟盐、镓盐和锌盐按照原子比为in：ga：zn＝5:5:4的比例溶于溶剂中；

铟盐为硝酸铟，镓盐为硝酸镓，锌盐为乙酸锌，溶剂采用10ml的乙二醇甲醚。

步骤2：在步骤1形成的混合溶液中加入稳定剂，搅拌均匀后，陈化形成in-ga-zn-o前驱体；

稳定剂采用浓度为0.3mol/l的乙醇胺，加入180μl；将溶液至于水浴加热磁力搅拌器中搅拌均匀；水浴温度为60～70℃，搅拌60～70min，转速为400～600rpm；形成透明均匀凝胶后在室温条件下静置陈化24小时后形成in-ga-zn-o前驱体。

步骤3：制备适量浓度的zno纳米颗粒溶液，依次经过超声、粉碎和脱泡得到均匀分散的zno纳米颗粒溶液；

称取适量氧化锌纳米颗粒，其颗粒平均尺度为30nm加入5ml的乙二醇甲醚溶剂中；将zno纳米颗粒溶液分别在室温下超声、粉碎、脱泡得到均匀且分散性较好的zno纳米颗粒溶液；其中，超声时间为10～15min，粉碎采用超声细胞粉碎机，在功率为50～65％条件下粉碎10～15min；采用脱泡机脱泡10～15min。

步骤4：在步骤3得到的zno纳米颗粒溶液加入步骤2得到的in-ga-zn-o前驱体溶液，分别经超声、粉碎、脱泡得到混合溶液；

取步骤2得到的in-ga-zn-o前驱体5ml，加入到步骤3得到的zno纳米颗粒溶液中；得到混合溶液在室温条件下超声、粉碎、脱泡使得zno纳米颗粒包裹一层前驱体；超声时间为10～15min，粉碎采用超声细胞粉碎机，在功率为50～65％条件下粉碎10～15min；采用脱泡机脱泡10～15min。

步骤5：步骤4得到的混合溶液烘干后退火得到所需ingao3(zno)n超晶格纳米颗粒；

将步骤4得到的混合溶液均匀地平铺在氧化铝舟中，然后在干燥箱里加热直到烘干，烘干温度为180～200℃，烘干时间为30～45min；最后通过退火使得in-ga-zn-o前驱体扩散进入zno纳米颗粒得到不同结构(n值不同)的ingao3(zno)n超晶格纳米颗粒；退火温度为900℃，退火时间为30min。

实施例1

按照以下步骤制备ingao3(zno)n超晶格纳米颗粒：

首先称取硝酸铟1.2631g、硝酸镓1.0640g、乙酸锌0.6585g溶于10ml乙二醇甲醚中，再加入180μl乙醇胺，水浴加热70℃，磁力搅拌60min(转速400rpm)形成透明均匀的凝胶；在室温调价下静置陈化24h得到in-ga-zn-o前驱体。

然后，称取2.5gzno纳米颗粒(尺寸30nm)溶于5ml乙二醇甲醚中；超声15min、粉碎(功率50％)15min、脱泡15min，得到均匀且分散性较好的zno纳米颗粒溶液；在得到的zno纳米颗粒溶液中加入5mlin-ga-zn-o前驱体溶液；超声15min、粉碎(功率50％)15min、脱泡15min；使得zno纳米颗粒包裹一层前驱体；将混合溶液均匀地平铺在氧化铝方舟中，置于干燥箱里200℃加热30min烘干。