[发明专利]一种氧化铟透明半导体薄膜的低温溶液制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料及半导体领域，特别涉及一种氧化铟透明半导体薄膜的低温溶液制备方法，氧化铟透明薄膜在晶体管、存储器、太阳能电池等信息能源领域有重要应用前景。

背景技术

在科学技术日新月异的今天，半导体材料的发展经历了第一代以锗、硅为代表的元素半导体，第二代以砷化镓、磷化铟为代表的化合物半导体，第三代半导体材料则以氮化镓、碳化硅、氧化锌等宽禁带半导体为代表，它们一般具有更高的击穿电场、热导率、电子饱和速率和更高的抗辐射能力，因而更适合于制作高温、高频及大功率器件，其中的ZnO和SnO₂等宽禁带半导体氧化物材料都是重要的光电子信息材料，在透明导电氧化物方面有很多的应用。透明导电氧化物(transparent conductive oxide简称TCO)薄膜主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料。在透明导电氧化物薄膜的不同应用领域，对透明导电氧化物薄膜的性能提出了不同的要求。目前应用较多的是单掺杂的薄膜，用途有些局限，性能比较单一。每一种透明导电氧化物材料都具有各自的特性，不可能满足所有的应用要求。为了开发适合特殊用途的TCO薄膜，一些研究小组将各种TCO材料进行组合，制各出一些具有新特点的TCO薄膜。一些二元TCO材料（如ZnO、SnO₂等）可以按各种比例组合、采用多种方法制成TCO薄膜，其性能与化学组分密切相关。Zn-Sn-O薄膜可以同时具有ZnO和SnO₂的优点，它的化学稳定性与易刻蚀性及相关光电和结构等性质随组分的改变而改变。

目前制备氧化铟薄膜的方法多种多样，主要包括气相法和液相法两大类。例如，磁控溅射、电子束蒸发、原子层沉积及化学气相沉积等方法都被用来制备氧化铝薄膜。然而，这些气相方法通常需要真空环境，增加了设备的复杂性，提高了制备成本。近年来，液相方法日益引起了广泛的关注，例如溶胶-凝胶法、喷雾热解法等。近年来发展的液相法合成氧化铟基薄膜的研究报道有许多。例如，公开号为CN103779425A的中国发明专利公开了一种氧化铟基薄膜的制备方法，包括如下步骤：a）制备乙酰丙酮镓的乙醇溶液、乙酰丙酮锌水合物的乙醇溶液和乙酰丙酮铟的四氢呋喃溶液；b）将三种溶液进行混合并搅拌均匀，制得铟镓锌氧化物的前驱体溶液；c）将前驱体溶液沉积在基板材料上并进行退火处理，制得铟镓锌氧化物半导体薄膜。由上述发明专利可以看出，虽然液相法可以制备较高性能的氧化铟薄膜，但液相法通常需要高温（高于400℃）退火，才能促使前驱体薄膜分解并致密化，形成致密的氧化铟薄膜。因此，寻找一种新的低温液相制备技术，对于氧化铟薄膜在各种领域的大规模应用是极为重要和迫切的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备氧化铟透明半导体薄膜的低温溶液方法，实现氧化铟透明半导体的简易高效制备，更易于大规模生产和应用。本发明的创新点主要在于：发展了新的低温光波方法高效合成氧化铟透明半导体薄膜。

本发明的技术方案，具体包括以下步骤：

(1) 制备氧化铟前驱体溶液：称取可溶性的铟盐，量取溶剂，配置浓度为0.01-0.5摩尔/升的氧化铟前驱体溶液，经过0.1-3小时的磁力搅拌和超声分散形成澄清透明的氧化铟前驱体溶液；

(2) 制备氧化铟薄膜：将氧化铟前驱体溶液涂覆到清洗好的衬底上形成氧化铟前驱体薄膜，进行50-150 ℃的预热处理，然后经过一定功率、时间和温度的光波退火，根据氧化铟薄膜的厚度要求可多次涂覆前驱体氧化铟溶液并退火处理，即得到氧化铟透明半导体薄膜。

本发明所述制备方法的步骤(1)中，所述的可溶性的铟盐为硝酸铟、氯化铟、硫酸铟或乙酸铟中的一种或两种以上。

本发明所述制备方法的步骤(1)中，所述的溶剂为乙二醇甲醚、乙醇、水、乙二醇或二甲基甲酰胺中的一种或两种以上。

本发明所述制备方法的步骤(1)中，所述涂覆方法为旋转涂覆法、滴涂法、浸涂法、喷雾法或喷墨打印法。

本发明所述制备方法的步骤(1)中，所述的光波的生成仪器为用作厨具的光波炉或具有卤素灯管的加热仪器。

本发明所述制备方法的步骤(1)中，所述的光波退火的功率为100-900 W。

本发明所述制备方法的步骤(1)中，所述的光波退火的时间为5-120分钟。

本发明所述制备方法的步骤(1)中，所述的光波退火过程中的温度为100-300 ℃。