[发明专利]梯度自掺杂多元金属氧化物半导体薄膜的喷雾热解制备方法

说明书

本发明公开了一种梯度自掺杂多元金属氧化物A_xB_yO_z半导体薄膜的喷雾热解制备方法，利用给液流速渐控制器变精确控制A、B前驱体溶液的给液速率，通过调节起始给液速率和给液流速渐变速率，在镀膜过程中调控金属离子的比例，在抑制A或B的一元金属氧化物杂相析出的前提下，实现不同厚度薄膜底部至顶部之间金属离子A/B比例梯度的可控调节，制备从薄膜底部至顶部A/B比例梯度、厚度皆可控的梯度自掺杂多元金属氧化物AxByOz半导体薄膜，该技术不需要依靠高温热扩散辅助形成金属离子A/B可控比例梯度，可以有效避免高温热辅助喷雾热解法中A/B比例梯度不可控、容易出现A或B的一元金属氧化物相分离问题。

技术领域：

本发明涉及梯度自掺杂多元金属氧化物半导体薄膜的喷雾热解制备方法。

背景技术：

多元金属氧化物半导体薄膜是广泛应用的功能薄膜材料之一，而光电分离效率低是制约其发展的最关键因素，通过梯度自掺杂可创建贯穿整个光电极薄膜的内建电场，是促进其光电分离并提升光电催化性能的有效途径。梯度自掺杂是2017年由wang et al在国际上首次提出的新型半导体改性技术，被证实能有效提高半导体薄膜的光电特性。然而现有的梯度自掺杂技术是通过热扩散辅助喷雾热解法实现，该制备方法存在以下缺陷：(1)通过热扩散辅助形成A/B浓度梯度，然而受制于A和B的热扩散系数，仅能制备厚度＜550nm的薄膜，很难实现A/B浓度梯度的可控调控，薄膜底部和顶部容易出现相分离，会形成载流子复合中心，降低载流子光电分离效率；(2)热扩散辅助不可避免的需要在高温下反应；上述缺陷严重制约了现有梯度自掺杂技术的发展和应用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种梯度自掺杂多元金属氧化物A_xB_yO_z半导体薄膜的喷雾热解制备方法，利用给液流速渐控制器变精确控制A、B前驱体溶液的给液速率，通过调节起始给液速率和给液流速渐变速率，在镀膜过程中调控金属离子的比例，在抑制A或B的一元金属氧化物杂相析出的前提下，实现不同厚度薄膜底部至顶部之间金属离子A/B比例梯度的可控调节，制备从薄膜底部至顶部A/B比例梯度、厚度皆可控的梯度自掺杂多元金属氧化物AxByOz半导体薄膜，该技术不需要依靠高温热扩散辅助形成金属离子A/B可控比例梯度，可以有效避免高温热辅助喷雾热解法中A/B比例梯度不可控、容易出现A或B的一元金属氧化物相分离问题。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

梯度自掺杂多元金属氧化物半导体薄膜的喷雾热解制备方法，通过精确控制金属A、B前驱体溶液的起始给液流速和给液流速渐变速率，调控在基片表面100～550℃进行喷雾热解沉积镀膜过程中金属离子的比例，制备梯度自掺杂多元金属氧化物(A_xB_yO_z，金属A，金属B，氧原子O以化学剂量比为x：y：z组成的氧化物)薄膜，从薄膜底部至薄膜顶部形成金属离子A/B比例的梯度变化。

所述通过精确控制金属A、B前驱体溶液的起始给液流速和给液流速渐变速率，是指配制金属A和B的金属盐溶液作为前驱体溶液，通过渐变控制器设置金属A和B的前驱体溶液在喷雾热解沉积镀膜过程的起始给液流速(0.1～10L/min)和给液流速渐变速率(0.01～10L/min²)，镀膜过程中给液流速按照设置参数渐变，在100～550℃进行喷雾热解沉积镀膜，从薄膜底部至薄膜顶部形成金属离子A/B比例的梯度变化。

其中，金属A、B的前驱体溶液在喷雾热解沉积镀膜过程的起始给液流速为0.1～10L/min，给液流速渐变速率为0.01～10L/min²。

金属A、B前驱体溶液的金属盐包括但不限于A和B的硝酸盐、醋酸盐、氯化物；溶剂包括但不限于醋酸、甲醇、乙醇、丙酮、水。

优选地，金属A、B前驱体溶液中加入稳定剂，所述稳定剂包括但不限于聚乙二醇、原甲酸三甲酯。