[发明专利]一种液相自组装技术制备图案化的ZnO薄膜的方法

说明书

【技术领域】

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种液相自组装技术制备图案化的ZnO薄膜的方法。

【背景技术】

近些年来，随着信息科学技术的长足发展，宽禁带半导体材料由于其在高功率和高频器件、紫外探测器、短波长发光二极管、激光器及其相关器件方面的潜在应用而引起了人们的广泛关注。作为第三代半导体材料ZnO具有禁带宽度大、电子漂移饱和速度高、介电常数小等特点。它是一种新型的Ⅱ-Ⅳ族宽禁带半导体材料，带隙3.37eV，是典型的直接宽带隙半导体。该性质使其在光电器件领域有很大的应用前景。而且ZnO薄膜发光波长比GaN的蓝光波长还要短，可以进一步提高光存储的密度。ZnO以其来源丰富、价格低廉、毒性小，又具有很高的热稳定性和化学稳定性等诸多优良的综合性能已成为新一代宽带隙半导体材料。ZnO薄膜所具有的这些优异特性，使其在光电器件、太阳能电池、表面声波器件、非线形光学器件、紫外光探测器、气敏元件、湿敏材料、压敏器件等众多领域中得到了较为广泛和有效的应用。

不同的应用对ZnO薄膜的结晶取向、薄膜厚度、表面平整度以及光电、压电等性质的要求各有区别。这些差异是由不同的制备技术及工艺参数所决定的，各种制备工艺各有其优缺点。因此为了制备不同性能的ZnO薄膜，要从各种工艺各自的制备特点出发。目前ZnO薄膜的制备方法主要有：磁控溅射法，金属有机物化学气相沉积，脉冲激光沉积，喷雾热分解，溶胶凝胶法，分子束外延法，电化学沉积等。

自组装单层膜(self-assembled monolayers)技术(简称SAMs技术)是仿生合成工艺的核心技术，它是通过表面活性剂的活性头基与基底之间产生化学吸附，在界面上自发形成有序的分子组装层。SAMs技术首先应用于高分子领域制备很薄的超级薄膜。由于SAMs是有机分子在溶液中(或者有机分子蒸汽)自发通过化学键牢固地吸附在固体基底上所形成的超薄有机膜，因此它具有原位自发形成、成键高度有序排列、缺陷少、结合力强、呈“结晶态”等特点。由于SAMs技术特有的优点，其运用也越来越广，尤其是在薄膜制备的运用上。对于自组装技术制备ZnO薄膜，正处于摸索阶段，所制备的ZnO薄膜，还没被观测到其具有介电性能。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种液相自组装技术制备图案化的ZnO薄膜的方法，制备出具有(002)和(101)晶面择优生长的ZnO薄膜；本发明方法实验条件要求较低，得到的ZnO薄膜均匀致密，并且首次观测到通过自组装方法制备的ZnO薄膜具有良好的介电性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种液相自组装技术制备图案化的ZnO薄膜的方法，包括以下步骤：

步骤一：前驱液的配置：将Zn(NO₃)₂·6H₂O和NH₄F溶于蒸馏水中，配成Zn(NO₃)₂·6H₂O浓度为0.05mol/L，NH₄F浓度为0.2~0.3mol/L的混合液，调节混合液的pH值为5.5，室温下搅拌混合液至完全澄清，得到前驱液；

步骤二：基板的功能化：将基板洗涤干净，于体积浓度为1%的OTS-甲苯溶液中浸泡制备OTS-SAMs膜，将OTS-SAMs膜干燥去除有机物后于紫外光下照射，得到表面具有功能化的OTS-SAMs膜的基板；

步骤三：薄膜的沉积：将表面具有功能化的OTS-SAMs膜的基板的功能化OTS-SAMs膜的一面朝下悬浮于前驱液表面，使功能化OTS-SAMs膜与前驱液接触，在70℃～80℃沉积制备出非晶态薄膜；

步骤四：薄膜的晶化：将制备的非晶态薄膜干燥后放入马弗炉中，于300℃保温退火120min得到晶化的图案化的ZnO薄膜。

本发明进一步的改进在于：步骤一中采用浓度为4mol/L的HNO₃溶液和浓度为3mol/L的NaOH溶液调节混合液pH值。

本发明进一步的改进在于：步骤二中基板洗涤的具体操作为：将基板分别置于去离子水、丙酮、无水乙醇中超声洗涤10min。

本发明进一步的改进在于：步骤二中基板于体积浓度为1%的OTS-甲苯溶液中浸泡的时间为30min，浸泡前先经过紫外光下照射20min。

本发明进一步的改进在于：步骤二中OTS-SAMs膜在波长为184.9nm的紫外光下照射40min。

本发明进一步的改进在于：步骤二中干燥的具体条件为在120℃干燥5min。