一种大面积合成氧化亚锡半导体光电薄膜材料的方法
【技术领域】
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[0001]本发明属于材料科学技术领域，尤其涉及一种大面积合成氧化亚锡半导体光电薄膜材料的方法。
【背景技术】
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[0002]二元化合物SnO是一种具有宽禁带宽度(2.5?3.0eV)的p型半导体材料，霍尔迀移率大约为4.Scm2W1s'由于该材料合适的禁带宽度，SnO半导体被认为是一种潜在的透明导电氧化物材料(TCO)，并且其光电转化性质也在近年来被报道。在SnO材料中Sn的5s轨道和氧的2p轨道能量相近，这种能量关系使SnO中的价带顶位置的能级不为氧原子完全占有，从而导致了 SnO较强的空穴导电能力。目前P型TCO材料较少，与P型ZnO等TCO材料相比SnO具有更高的稳定性。目前，该材料在TC0、锂离子电池、气敏器件、铁电场效应记忆器件等方面均有被应用的报道。
[0003]近年来随着光电薄膜材料的发展，SnO薄膜材料的制备和应用引起了人们广泛的研宄。到目前为止，报道了多种基于反应派射制备SnO薄膜材料的方法。Vu Xuan Hien等人利用射频反应溅射的方法通过控制沉积过程中02/Ar的比例、沉积速率和后期热处理温度(3000C )等条件制备了 SnO薄膜材料，并对其在顯3气敏方面的应用进行了研宄。Po-ChingHsu等人利用也对射频反应溅射制备SnO薄膜材料行了研宄，该课题组使用SnO2靶材在还原性气氛H2中溅射并发生化学反应，在溅射过程中严格控制H Jkr气体的比例，并将得到的薄膜在真空中300°C的条件下处理I小时，最终获得了 SnO半导体薄膜并对所得薄膜进行了光学及电学性质的表征。Hideo Hosono课题组利用脉冲激光沉积(Pulsed LaserDeposit1n，PLD)的方法制备出了 SnO薄膜材料，在KT6Pa条件下利用248nm KfF激光对SnO陶瓷靶进行加热，激光强度为1.5J/cm2，基底温度为275-500°C，成膜后处理温度为300-500°C，最终获得了不同结晶程度的SnO薄膜，并对所得SnO薄膜的物理性质进行了表征。
[0004]上述射频反应溅射或者PLD方法都成功地制备出了 SnO半导体薄膜材料，但是制备过程中需要高能激光、射频电源、还原性气体等，且沉积设备复杂，沉积条件苛刻，导致了SnO薄膜材料制备的局限性和不稳定性。
[0005]发明人利用一种元素直接反应法制备氧化亚锡半导体薄膜材料，即利用直流磁控溅射在基底(FT0玻璃，普通载玻片等)表面大面积沉积锡单质薄膜，在100°C?400°C条件下，空气中煅烧15min?4h，就可以得到纯度高、致密、透光性好的氧化亚锡薄膜。该方法重复性好，制备条件要求不高，能够大面积制备氧化亚锡半导体光电薄膜材料，具有良好的工业应用前景。
【发明内容】
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[0006]本发明所要解决的问题是:克服目前制备SnO需要依靠复杂设备、苛刻沉积条件等缺点，提供了一种简单方法原位制备SnO半导体光电薄膜材料的方法，制备成本低，能大面积成膜，具有很好的应用前景。
[0007]本发明采用元素直接反应的方法，将溅射在不同基底、不同厚度的Sn薄膜(50nm?400nm)置于管式炉中，经过100°C?400°C煅烧，使单质Sn薄膜与空气中的02发生反应生成致密均匀的SnO薄膜。不同温度、不同厚度的SnO薄膜的光吸收能力、表面形貌不同，拓宽了 SnO在光电材料中的应用。该方法简单有效，对制备条件要求低，不需要复杂的制备条件，有利于低成本大规模的制备SnO半导体光电薄膜材料。
[0008]本发明对要解决的问题所采取的技术方案是:
[0009]一种大面积合成氧化亚锡半导体光电薄膜材料的方法，基底材料上直流溅射单质Sn薄膜，在空气中加热100°C?400°C，经过15min?2h的反应就，在基底材料表面原位生长SnO半导体光电薄膜材料；
[0010]具体操作步骤是:
[0011](I)清洗基底:将FTO导电玻璃依次用洗洁精、去离子水超声清洗20min，然后用质量百分数25 %浓氨水/质量百分数30 %双氧水/去离子水，其体积比为1:2:5的混合溶液80°C处理30min，最后用去离子水超声清洗20min，处理好的FTO导电玻璃在80°C条件下干燥。
[0012](2)溅射锡薄膜:利用磁控溅射，在FTO导电玻璃基底上溅射厚度为50nm?400nm的单质锡薄膜，以膜厚监控(FTM)控制锡薄膜的厚度。
[0013](3)将表面溅射有10nm厚度锡的FTO导电玻璃放置在管式炉中。在空气气氛中从室温升至100°C?400°C，升温时间为lh，并恒温2h，最后自然降至室温
[0014]在本方案中，所使用的溅射方法为直流磁控溅射。
[0015]在本方案中，所述的基底材料FTO导电玻璃或普通玻璃或不锈钢。
[0016]在本方案中，采用氧化剂为空气。
[0017]在本方案中，Sn薄膜是50nm?400nm。
[0018]在本方案中，经过100°C?400°C煅烧时间为1min?6h。
[0019]一种原位大面积合成氧化亚锡半导体光电薄膜材料的方法，在不同基底材料上直流派射一定厚度的单质Sn薄膜，在空气中加热100°C?400°C，经过15min?2h的反应就可以在基底材料表面原位生长SnO半导体光电薄膜材料。制备的SnO半导体光电薄膜不需要其他后处理。该方法可以在不同的基底(例如:FT0导电玻璃、普通玻璃、不锈钢等)表面上大面积沉积SnO半导体光电薄膜，操作简单，成本低，有利于大规模的工业应用。
[0020]本发明的技术方案中，所使用的溅射方法为直流磁控溅射。
[0021]本发明的技术方案中，所述的基底材料FTO导电玻璃、普通玻璃等。
[0022]本发明的技术方案中，采用氧化剂为空气。
[0023]本发明的优点:
[0024]1、本发明采用地壳含量丰富的Sn为原材料，资源丰富，成本低。
[0025]2、可在基底上制备结构致密均匀的薄膜，对基底材料要求不高，为SnO材料在柔性基底上的应用提供了条件。
[0026]3、SnO薄膜厚度可控，可通过控制溅射的条件控制薄膜的厚度。
[0027]3、SnO薄膜的制备温度范围宽，制备条件简单，容易掌握。
[0028]4、SnO薄膜的制备过程简单，不需要后处理，不需要使用其他气氛。
[0029]5、SnO薄膜可以大面积制备，如果进行掩膜就可以进行图案化。
【附图说明】
[0030]图1-1、实施例1制备的SnO半导体光电薄膜材料的原子力显微镜照片
[0031]图1-2、实施例1制备的SnO半导体光电薄膜材料的XRD图谱
[0032]图2-1、实施例2制备的SnO半导体光电薄膜材料的原子力显微镜照片
[0033]图2-2、实施例2制备的SnO半导体光电薄膜材料的XRD图谱
[0034]图3-1、实施例3制备的SnO半导体光电薄膜材料的原子力显微镜照片
[0035]图3-2、实施例3制备的SnO半导体光电薄膜材料的XRD图谱
[0036]图4-1、实施例4制备的SnO半导体光电薄膜材料的原子力显微镜照片
[0037]图4-2、实施例4制备的SnO半导体光电薄膜材料的XRD图谱
[0038]图5-1、实施例5制备的SnO半导体光电薄膜材料的原子力显微镜照片
[0039]图5-2、实施例5制备的SnO半导体光电薄膜材料的XRD图谱
[0040]图6-1、实施例6制备的SnO半导体光电薄膜材料的原子力显微镜照片
[0041]图6-2、实施例6制备的SnO半导体光电薄膜材料的XRD图谱
【具体实施方式】
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[0042]下面通过实施例进一步说明SnO光电薄膜的制备方法。
[0043]实施例1
[0044]一种大面积合成氧化亚锡半导体光电薄膜材料的方法，基底材料上直流溅射单质Sn薄膜，在空气中加热100°C?400°C，经过15min?2h的反应就，在基底材料表面原位生长SnO半导体光电薄膜材料；
[0045]具体操作步骤是:
[0046](I)清洗基底:将FTO导电玻璃依次用洗洁精、去离子水超声清洗20min，然后用质量百分数25 %浓氨水/质量百分数30 %双氧水/去离子水，其体积比为1:2:5的混合溶液80°C处理30min，最后用去离子水超声清洗20min，处理好的FTO导电玻璃在8