[发明专利]溶胶凝胶法制备高电导率CuCrO2薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高铜铁矿结构CuCrO₂薄膜电导率的制备方法，特别涉及一种采用溶胶-凝胶法制备高导电率CuCrO₂透明导电薄膜的方法。

背景技术

透明导电氧化物材料主要包括In、Sb、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物，是一类同时具有很高的可见光透过率和电导率的氧化物材料，其光学带隙要求≥3.1eV，即大于可见光能量上限，以满足透明的需求。

作为光电子领域的重要光学材料之一，近年来透明导电氧化物材料蓬勃发展，已得到广泛的应用。但是透明导电氧化物材料的应用仍然受到很大的限制，仅局限于作为透明电极或红外反射涂层膜等使用，难以成为真正意义上的“透明器件”。究其原因：这些透明导电氧化物都是n型导电材料，而p型透明导电氧化物材料非常少，且其导电性与n型透明导电氧化物相差甚远，无法实现具有良好性能的透明p-n结。因此,如果要进一步扩大透明导电氧化物材料在透明电子学中的应用，当务之急是获得性能优良的p型透明导电氧化物材料。

铜铁矿结构氧化物材料是一类性能优良的p型透明导电氧化物材料，可用通式表示为ABO2，其中A位是+1价的Cu或者Ag离子，B位上为多种+3价离子中的一种，如Al，In，Cr，Fe，Ga，Y，Nd等。其中CuCrO2薄膜具有较高的电导率和光学透过率，是一类最具应用价值的透明导电材料。

目前，铜铁矿结构p-TCO薄膜的制备方法有脉冲激光沉积、溅射法、金属有机化学气相沉积(MOCVD)等真空工艺，但是成本昂贵，操作复杂。

溶胶-凝胶法(Sol-Gel)是将金属化合物按照一定配溶解在适当的有机溶剂中，得到前驱体溶液，然后用旋涂、浸渍拉、喷涂等方法把前驱体溶液涂敷在衬底上得到湿膜，再加湿膜使有机溶剂蒸发、金属有机化合物分解，最后在高温下退火使薄膜晶化。具有工艺简单、设备成本低、可大面积成膜等优点。然而溶胶-凝胶法制备的CuCrO₂薄膜的电阻率较高，室温电阻率在200Ω·cm甚至更高，严重影响了其实用化进程。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种溶胶凝胶法制备高电导率CuCrO₂薄膜的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种溶胶凝胶法制备高电导率CuCrO₂薄膜的方法，包括以下步骤：

a.按铜、铬和镁的摩尔比为1：(0.95～0.99)：(0.01～0.05)称量乙酸铜、硝酸铬及乙酸镁，并将乙酸铜、硝酸铬及乙酸镁粉末依次加入到一定量的丙酸中，在磁力搅拌器上在60℃～70℃的温度下搅拌至完全溶解，获得摩尔浓度为0.2mol/L的混合均匀的前驱体溶液；

b.将a中所得的溶液采用旋涂法在洁净的基片上镀膜，得到凝胶膜；

c.将b步骤所得凝胶膜放入管式电阻炉中在250～600℃预烧10～30分钟，去除膜中的水、溶剂和有机物，得到无机薄膜；

d.将步骤c预烧得到的无机薄膜置于管式炉中，在氮气氛围中以不高于10℃/分钟的速率升温至600～1000℃，在氮气氛围中保温退火1～2小时，使薄膜晶化，最后随炉冷却至室温，即得CuCr_1-xMg_xO₂(0≤x≤0.05)薄膜。

在所述的步骤a中，按铜、铬和镁的摩尔比为1：(0.96～0.98)：(0.02～0.04)称量乙酸铜、硝酸铬及乙酸镁。

步骤b中，所述基片为Al₂O₃(0001)单晶基片。

步骤c中，将薄膜放入管式炉中的预烧温度为250～600℃，预烧时间为10～30分钟。

步骤d中，将预烧得到的无机薄膜置于管式炉中，在氮气氛围中以5～10℃/分钟的速率升温至650～950℃，并在氮气氛围中退火1.2～1.5小时。

步骤b和c可反复进行3—6次。

本发明的有益效果：