[发明专利]一种微波水热法制备CuAlO2薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种p型透明导电氧化物(TCO)薄膜的制备方法，具体涉 及一种微波水热法制备CuAlO₂薄膜的方法。

背景技术

CuAlO₂是p型透明导电氧化物(TCO)材料，直接和间接带隙分别为1.8 和3.5eV，具有铜铁矿结构，由于在可见光范围内具有高的透明度(宽带隙) 和电导率，已经被广泛应用于太阳能电池、平面显示、特殊功能窗口涂层及 其它光电器件领域。(Z.Deng，X.Zhu，R.Tao，W.Dong，X.Fang，Synthesis of CuAlO2 ceramics using sol-gel，Mater.Lett.61(2007)686-689.) TCO的出现开拓了光电子器件研究的新领域，但p型TCO的相对匮乏严重制 约了透明氧化物半导体(TOS)相关器件的开发与应用，阻碍了TCO向以p-n 结为基础的半导体全透明光电器件的研究开发。1997年Kawazoe等人发表了 关于P型透明导电CuAlO₂薄膜的研究报告(Hiroshi Kawazoe，Masahiro Yasukawa，Hiroyuki Hyodo·P-type electrical conduction in transparent thin films of CuAlO2·Nature，1997，389(30)：939~942)，至此CuAlO₂作为 一种天然的p型TCO成为近年来的研究热点。

迄今为止，许多研究者运用不同的方法成功地制备出了CuAlO₂薄膜，包 括磁控溅射法(A.N.Banerjee，S.Kundoo，K.K.Chattopadhyay，Thin Solid Films 440(2003)5-10)、离子交换法(Dloczik L，Tomn Y，Konenkamp R， Lux-Steiner MC，Dittrich TH.Thin Solids Films 2004；451-452： 116-119.)、水热法(Shahriari DY，Barnabe A，Mason TO，Poeppelmeier KR. Inorg Chem2001；40：5734-5.)、溶胶凝胶法(Deng Z，Zhu X，Tao R，Dong W，Fang X.Mater Lett 2007；61：686-689.)、化学气相沉积法(H.Gong，Y. Wang，Y.Luo，Appl.Phys.Lett.76(2000)3959.)、脉冲激光沉积法(M. Neumann-Spallart，S.P.Pai，R.Pinto Thin Solid Films 515(2007) 8641-8644)等。以上方法或是对设备要求较高，操作复杂并且成本高，或 者就是工艺复杂，周期长，重复性差等。

发明内容

本发明的目的是提出一种不仅制备成本低、操作简单、反应周期短，而 且产物纯度高、晶粒发育完整、粒度分布均匀、形状可控且不需要煅烧处理 的一种微波水热法制备CuAlO₂薄膜的方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

步骤一：首先将分析纯的一水乙酸铜加入乙二醇中配制成Cu²⁺浓度为 0.1mol/L～0.5mol/L的蓝色透明溶液，所得溶液记为A；

步骤二：然后向A溶液中加入分析纯的九水硝酸铝，使得(Cu²⁺)∶(Al³⁺)＝1∶1 的摩尔比，并不断搅拌，同时加入摩尔分数为0.5％～1.0％的HCOOH试剂，搅 拌下调节pH值为2.0～4.0，形成均匀的前驱物溶液B；

步骤三：将B溶液倒入水热反应釜中，填充度控制在50-80％；将硅基 片放置在水热反应釜中，浸于B溶液中；然后密封水热反应釜，将其放入MDS-8 型温压双控微波水热反应仪中；选择控温模式或者控压模式进行反应；所述 控温模式的水热温度控制在100-200℃，控压模式的水热压力控制在 0.5MPa-4.0MPa，反应10min-90min后自然冷却到室温；

步骤四：打开水热反应釜，取出硅基片，然后分别采用去离子水、无水 乙醇或异丙醇洗涤数次，在60℃真空干燥即得CuAlO₂薄膜。