专利名称：一种氧化硅基半导体纳米薄膜的制备方法
技术领域：
本发明属于无机化学材料技术领域，涉及无机多功能薄膜，具体涉及一种氧化硅 基的半导体纳米薄膜的制备方法。
背景技术：
半导体纳米薄膜在传感器光电装置、太阳能电池、光催化、紫外线屏蔽等中都具有 广泛的应用前景。半导体纳米薄膜的制备及表征一直是人们研究的热点，但是一直以来，在 纳米薄膜的制备总存在下面的问题由于纳米颗粒因为颗粒小，表面活性很强，本身的不稳 定性，随着时间的变化纳米颗粒尺寸展宽，如在高温使用过程中颗粒长大，粉化，导致薄膜 的破坏，从而导致器件不稳定和寿命降低，其性能下降甚至丧失。另外由于半导体纳米颗粒 比表面积大，表面活性基团多，在使用过程中引起其表面状态很容易发生改变，也会导致器 件的不稳定。半导体纳米薄膜器件要求纳米薄膜具有优秀的稳定性能。因此，稳定的、均一 尺寸的半导体纳米薄膜的制备一直是人们研究的热点。目前，制备半导体纳米薄膜的方法 有很多种，如离子注入法，磁控溅射、溶胶_凝胶法等。溶胶_凝胶法具有成膜均勻性好， 与衬底附着力强，易于原子级掺杂，简单迅速，可精确控制掺杂水平且不需要大型设备等优 点，是为广大薄膜科研工作者的重要制膜方法。但是这种方法制备的半导体纳米薄膜一般 是无定型的，需要进行后期高温热处理进行晶化，但是高温过程往往伴随着纳米颗粒团聚 长大的问题，而且纳米颗粒尺寸难以调控。
发明内容
本发明提供一种氧化硅基半导体纳米薄膜的制备方法，该方法将经水热晶化发制 备的半导体无机氧化物纳米颗粒分散到氧化硅溶胶中，再采用旋涂法或提拉法镀膜得到氧 化硅基半导体纳米薄膜。该方法操作简单、成本低廉，适合于大规模生产；所制备的氧化硅 基半导体纳米薄膜由于半导体纳米颗粒分散在氧化硅薄膜中，其表面被氧化硅保护，具有 优良的稳定性，可用于制作气体传感器、光催化剂、光电材料和紫外线屏蔽薄膜等。本发明技术方案如下一种氧化硅基半导体纳米薄膜的制备方法，如图1所示，包括以下步骤步骤1 采用水热晶化法制备半导体无机氧化物纳米颗粒。步骤2 制备氧化硅溶胶。步骤3 将步骤1所得半导体无机氧化物纳米颗粒均勻分散到步骤2所得的氧化 硅溶胶中，得到氧化硅和半导体纳米颗粒的复合溶胶。所述半导体无机氧化物纳米颗粒的 加入量以质量百分比记，为半导体无机氧化物纳米颗粒与氧化硅溶胶中氧化硅质量之和的
75%。步骤4 采用旋涂法或者提拉法镀膜工艺，在衬底基片上制备步骤3所得复合溶胶 的薄膜。步骤5 后处理。将步骤4所得的复合溶胶薄膜在60 110°C下烘干，即得氧化硅基半导体纳米薄膜。需要说明的是1、步骤1中采用水热晶化法所制备的半导体无机氧化物纳米颗粒包括所有具有 半导体性质的无机氧化物，包括氧化锌、硫化铅、二氧化锡等等。2、步骤2制备氧化硅溶胶时，以硅酸钠或正硅酸乙酯为硅源，将硅源溶于无水乙 醇，得到硅源的乙醇溶液；然后将盐酸的乙醇溶液和硅源的乙醇溶液混合、搅拌，直至得到 透明的氧化硅溶胶。3、步骤3制备氧化硅和半导体纳米颗粒的复合溶胶时，采用超声分散加搅拌的方 式，将步骤1所得半导体无机氧化物纳米颗粒均勻分散到步骤2所得的氧化硅溶胶中；其中 搅拌时间为0. 5 5小时。4、步骤4制备复合溶胶薄膜时，可根据需要进行多层镀膜，以得到需要的薄膜厚度。5、镀制多层膜时，步骤4和步骤5可交替进行，不同层数的薄膜可采用相同的后处 理工艺条件，也可以采用在不同气氛、不同温度下进行后处理，以提高薄膜性能。本发明将半导体无机氧化物纳米颗粒分散在氧化硅薄膜中，由于氧化硅包覆于半 导体无机氧化物纳米颗粒表面，使得氧化硅起到稳定半导体无机氧化物纳米颗粒的作用， 能够避免高温晶化引起的纳米颗粒的硬团聚，长大和比表面积的下降的现象；本发明也可 以控制纳米颗粒团聚生长，进而控制其粒径。由于半导体无机氧化物纳米颗粒表面被氧化 硅保护，具有稳定的表面性质，所以这种氧化硅基的半导体纳米薄膜表现出优异的机械性 能和稳定性能。本发明与现有技术相比具有如下优点1、本发明制备方法简单，易操作，适合大规模制作。2、本发明制备的氧化硅基半导体纳米薄膜，由于采用了氧化硅稳定半导体材料， 从而表现出优异的机械性能和稳定性能。3、本发明制备的氧化硅基半导体纳米薄膜应用范围较广，可以用于气体传感器、 光催化剂、光电材料和催化剂载体等领域。
图1为本发明提供的氧化硅基半导体纳米薄膜的制备方法的工艺流程图。
具体实施例方式实施方式一将13. Iml无水乙醇和IOml正硅酸乙酯混合搅拌30分钟，得到溶液A。将13. Iml 无水乙醇、1. 6ml去离子水和0. Iml的盐酸混合搅拌30分钟，得到溶液B。将A和B两种溶 液混合搅拌30分钟，所得到的透明的氧化硅溶胶。然后加入水热法制备的0. Olg的SnO2纳 米颗粒，混合搅拌2小时形成含SnO2半导体纳米颗粒的混合溶胶。用旋转涂膜的方法镀膜。 选择转速为3000r/min，每次滴加溶胶2滴，镀膜一次后，在恒温干燥箱中80°C下干燥10分 钟，重复上述步骤至成膜为合适厚度。实施方式二
4
将39. 3ml无水乙醇和30ml正硅酸乙酯混合搅拌30分钟，得到溶液A。将39. 3ml 无水乙醇、4. 8ml去离子水和0. 3ml的盐酸混合搅拌30分钟，得到溶液B。在50°C下将A和 B两种溶液混合搅拌30分钟，得到透明氧化硅溶胶。然后加入水热法制备的0. 08g的ZnS 纳米颗粒，混合搅拌2小时形成含ZnS的混合溶胶。用旋转涂膜的方法镀膜。选择转速为 4000r/min,每次滴加溶胶2滴，镀膜一次后，在恒温干燥箱中60°C下干燥10分钟，重复上述 步骤至成膜为合适厚度。实施方式三将39. 3ml无水乙醇和30ml正硅酸乙酯混合搅拌30分钟，得到溶液A。将39. 3ml 无水乙醇、4. 8ml去离子水和0. 3ml的盐酸混合搅拌30分钟，得到溶液B。在50°C下将A和 B两种溶液混合搅拌30分钟，得到透明氧化硅溶胶。然后加入水热法制备的0. 15g的In2O3 半导体纳米颗粒，超声分散20分钟，然后混合搅拌0. 5小时形成含In2O3半导体纳米颗粒的 混合溶胶。用旋转涂膜的方法镀膜。选择转速为4000r/min，每次滴加溶胶1滴，镀膜一次 后，在恒温干燥箱中80°C下干燥10分钟，重复上述步骤至成膜为合适厚度。实施方式四将13. Iml无水乙醇和20ml正硅酸乙酯混合搅拌20分钟，得到溶液A。将13. Iml 无水乙醇、1. 6ml去离子水和0. 2ml的盐酸混合搅拌20分钟，得到溶液B。将A和B两种溶 液混合搅拌50分钟，所得到的透明溶胶即为氧化硅溶胶。然后加入水热法制备的0. 02g的 CdSe半导体纳米颗粒，混合搅拌2小时形成含CdSe半导体纳米颗粒的混合溶胶。用旋转涂 膜的方法镀膜。选择转速为3000r/min，每次滴加溶胶2滴，镀膜一次后，在恒温干燥箱中 60°C下干燥10分钟，重复上述步骤至成膜为合适厚度。
权利要求
一种氧化硅基半导体纳米薄膜的制备方法，包括以下步骤步骤1采用水热晶化法制备半导体无机氧化物纳米颗粒；步骤2制备氧化硅溶胶；步骤3将步骤1所得半导体无机氧化物纳米颗粒均匀分散到步骤2所得的氧化硅溶胶中，得到氧化硅和半导体纳米颗粒的复合溶胶；所述半导体无机氧化物纳米颗粒的加入量以质量百分比记，为半导体无机氧化物纳米颗粒与氧化硅溶胶中氧化硅质量之和的1％～75％；步骤4采用旋涂法或者提拉法镀膜工艺，在衬底基片上制备步骤3所得复合溶胶的薄膜；步骤5后处理；将步骤4所得的复合溶胶薄膜在60～110℃下烘干，即得氧化硅基半导体纳米薄膜。
2.根据权利要求1所述的氧化硅基半导体纳米薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1中 采用水热晶化法所制备的半导体无机氧化物纳米颗粒包括所有具有半导体性质的无机氧 化物。
3.根据权利要求1所述的氧化硅基半导体纳米薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2制 备氧化硅溶胶时，以硅酸钠或正硅酸乙酯为硅源，将硅源溶于无水乙醇，得到硅源的乙醇溶 液；然后将盐酸的乙醇溶液和硅源的乙醇溶液混合、搅拌，直至得到透明的氧化硅溶胶。
4.根据权利要求1所述的氧化硅基半导体纳米薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3制 备氧化硅和半导体纳米颗粒的复合溶胶时，采用超声分散加搅拌的方式，将步骤1所得半 导体无机氧化物纳米颗粒均勻分散到步骤2所得的氧化硅溶胶中；其中搅拌时间为0. 5 5小时。
5.根据权利要求1所述的氧化硅基半导体纳米薄膜的制备方法，其特征在于，步骤4制 备复合溶胶薄膜时，可根据需要进行多层镀膜，以得到需要的薄膜厚度。
6.根据权利要求5所述的氧化硅基半导体纳米薄膜的制备方法，其特征在于，镀制多 层膜时，步骤4和步骤5交替进行，不同层数的薄膜采用相同的后处理工艺条件；或在不同 气氛、不同温度下进行后处理，以提高薄膜性能。
全文摘要
一种氧化硅基半导体纳米薄膜的制备方法，属于无机化学材料技术领域。该方法将经水热晶化发制备的半导体无机氧化物纳米颗粒分散到氧化硅溶胶中，再采用旋涂法或提拉法镀膜得到氧化硅基半导体纳米薄膜。该方法操作简单、成本低廉，适合于大规模生产；所制备的氧化硅基半导体纳米薄膜由于半导体纳米颗粒分散在氧化硅薄膜中，其表面被氧化硅保护，具有优良的稳定性，可用于制作气体传感器、光催化剂、光电材料和紫外线屏蔽薄膜等。
文档编号B82B3/00GK101973513SQ201010269008
公开日2011年2月16日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者李志杰, 祖小涛 申请人:电子科技大学