一種用溶膠凝膠法製備CuCrO₂薄膜的方法

2023-05-18 05:37:11 1

專利名稱：一種用溶膠凝膠法製備CuCrO2薄膜的方法
技術領域：
本發明涉及一種CuCiO2薄膜的製備方法，特別涉及一種用溶膠凝膠法製備CuCrO2 薄膜的方法。
背景技術：
1997年Kawazoe等報導了銅鐵礦結構氧化物CuAlO2薄膜是一種寬帶隙ρ型透明導電氧化物transparent Conducting Oxide，TC0)，從而激起了銅鐵礦結構氧化物的研究熱潮。銅鐵礦結構氧化物ABO2*寬帶隙半導體(Eg> 3. leV)，其中A為Ag、Cu等一價金屬離子，B為Al、Cr、Y、k等三價金屬離子。銅鐵礦結構ρ型透明導電氧化物薄膜是一類在電子學領域具有廣泛應用前景的新材料，因其可與n-TCO薄膜形成真正意義上的「透明器件」 而備受關注。目前，銅鐵礦結構P-TCO薄膜的製備方法有PLD、濺射(Sputtering)法、金屬有機化學氣相沉積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, M0CVD)等真空工藝，但是成本昂貴，操作複雜。隨著應用領域的不斷擴大，對TCO薄膜的物理性質和化學性質提出了更高的要求。因此，必須不斷改進TCO薄膜的製備方法，而且努力的方向應體現完善薄膜性能、降低反應溫度、提高控制精度、降低製備成本和適應集成化等趨勢。

發明內容
有鑑於此，本發明的目的是提供一種工序簡單、成本較低的CuCiO2薄膜製備方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的一種用溶膠凝膠法製備CuCiO2薄膜的方法，包括以下步驟a，按銅、鉻的摩爾比為1 1稱量乙酸銅和硝酸鉻，並將乙酸銅和硝酸鉻粉末依次加入到IOmL丙酸中，在60°C 70°C下攪拌至完全溶解，獲得摩爾濃度為0. 2mol/L的混合均勻的前驅體溶液；b，將a中所得的溶液採用旋塗法在潔淨的基片上鍍膜；c，將b步驟所得薄膜放入300 600°C的管式爐中預燒，去除膜中的水、溶劑和有機物，得到無機薄膜；d，將步驟c預燒得到的無機薄膜置於管式爐中，在N2氛圍中以不高於20°C /小時的速率升溫至800 1000°C，然後保溫1小時，隨爐冷卻，即得CuCiO2薄膜。進一步，步驟b中，所述基片為Al2O3(0001)(藍寶石)單晶基片；進一步，步驟C中，將薄膜放入管式爐中的預燒時間為20 30分鐘；進一步，步驟b和c可反覆進行3-5次。本發明的有益效果採用本發明的方法製備CuCrO2薄膜，能耗低，技術簡單，不需要任何的真空條件，生產成本相對較低，可以在任意形狀的基體上大面積的成膜，細化顆粒尺寸，降低反應溫度，鍍膜效率高，製備出的樣品化學均勻性好，實驗結果具備可重複性。


下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步描述圖1為本發明的工藝流程圖；圖2為採用實施例2所述方法製備的CuCiO2薄膜使用fillips X'Pert型X-射線衍射(XRD)儀測試後得到的XRD圖譜。
具體實施例方式如圖1所示實施例1 首先用常規方法製得或從市場購得乙酸銅、硝酸鉻，然後依以下步驟順序完成製備a，將0. 4033g的乙酸銅和0. 8084g的硝酸鉻加入到IOmL丙酸中，在60°C下攪拌， 至完全溶解，獲得0. 2mol/L的混合均勻的前驅體溶液；b，將攪拌後的溶液採用旋塗法(spin-coating)在潔淨的Al2O3基片上鍍膜，轉速為5000rmp，時間為60秒；c，將薄膜放入管式爐中300°C預燒20分鐘，去除膜中的水、溶劑和有機物，得到無機薄膜；為使薄膜層均勻、且具有適當的厚度，上述步驟b、c反覆進行4次；d，將預燒得到的無機薄膜置於管式爐中，在隊氛圍中以10°C /小時的速率升溫至 900°C，然後保溫1小時，隨爐冷卻，即得CuCiO2薄膜。實施例2 首先用常規方法製得或從市場購得乙酸銅、硝酸鉻，然後依以下步驟順序完成製備a，將0. 4033g的乙酸銅和0. 8084g的硝酸鉻加入到IOmL丙酸中，在70°C下攪拌， 至完全溶解，獲得0. 2mol/L的混合均勻的前驅體溶液；b，將攪拌後的溶液採用旋塗法(spin-coating)在潔淨的Al2O3基片上鍍膜，轉速為5000rmp，時間為60秒；c，將薄膜放入管式爐中400°C預燒25分鐘，去除膜中的水、溶劑和有機物，得到無機薄膜；為使薄膜層均勻、且具有適當的厚度，上述步驟b、c反覆進行3次；d，將預燒得到的無機薄膜置於管式爐中，在隊氛圍中以15°C /小時的速率升溫至 900°C，然後保溫1小時，隨爐冷卻，即得CuCiO2薄膜。實施例3 首先用常規方法製得或從市場購得乙酸銅、硝酸鉻，然後依以下步驟順序完成製備a，將0. 4033g的乙酸銅和0. 8084g的硝酸鉻加入到IOmL丙酸中，在65°C下攪拌， 至完全溶解，獲得0. 2mol/L的混合均勻的前驅體溶液；b，將攪拌後的溶液採用旋塗法(spin-coating)在潔淨的Al2O3基片上鍍膜，轉速為5000rmp，時間為60秒；
c，將薄膜放入管式爐中500°C預燒30分鐘，去除膜中的水、溶劑和有機物，得到無機薄膜；為使薄膜層均勻且具有適當的厚度，上述步驟b、c反覆進行5次；d，將預燒得到的無機薄膜置於管式爐中，在隊氛圍中以18°C /小時的速率升溫至 900°C，然後保溫1小時，隨爐冷卻，即得CuCiO2薄膜。實施例4 首先用常規方法製得或從市場購得乙酸銅、硝酸鉻，然後依以下步驟順序完成製備a，將0. 4033g的乙酸銅和0. 8084g的硝酸鉻加入到IOmL丙酸中，在68°C下攪拌， 至完全溶解，獲得0. 2mol/L的混合均勻的前驅體溶液；b，將攪拌後的溶液採用旋塗法(spin-coating)在潔淨的Al2O3基片上鍍膜，轉速為5000rmp，時間為60秒；c，將薄膜放入管式爐中600°C預燒30分鐘，去除膜中的水、溶劑和有機物，得到無機薄膜；為使薄膜層均勻、且具有適當的厚度，上述步驟b、c反覆進行4次；d，將預燒得到的無機薄膜置於管式爐中，在N2氛圍中以20°C /小時的速率升溫至 1000°C，然後保溫1小時，隨爐冷卻，即得CuCiO2薄膜。如圖2所示，對實施例三所得的CuCiO2薄膜使用fillips X，Pert型X-射線衍射(XRD)儀進行測試，得到的XRD圖譜，圖2中的橫坐標為衍射角、縱坐標為相對強度，*為襯底的峰。由XRD圖中的各衍射峰的位置和相對強度可知，薄膜結晶非常好，無任何雜相生成，且為高度c軸取向，該多晶材料為銅鐵礦結構的3R-CUCIO2多晶相。顯然，本領域的技術人員可以對本發明的銅鐵礦結構CuCivxTMxO2(0 ^ χ ^ 0. 20， TM為過渡金屬Fe、Co、附、Mn等)稀磁半導體材料及其製備的材料進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，但是本領域的普通技術人員對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種用溶膠凝膠法製備CuCiO2薄膜的方法，其特徵在於包括以下步驟a，按銅、鉻的摩爾比為1 1稱量乙酸銅和硝酸鉻，將乙酸銅和硝酸鉻粉末依次加入到 IOmL丙酸中，在60°C 70°C下攪拌至完全溶解，獲得摩爾濃度為0. 2mol/L的混合均勻的前驅體溶液；b，將a中所得的溶液採用旋塗法在潔淨的基片上鍍膜；c，將b步驟所得薄膜放入300 600°C的管式爐中預燒，去除膜中的水、溶劑和有機物， 得到無機薄膜；d，將步驟c預燒得到的無機薄膜置於管式爐中，在N2氛圍中以不高於20°C /小時的速率升溫至800 1000°C，然後保溫1小時，隨爐冷卻，即得CuCiO2薄膜。
2.根據權利要求1所述的用溶膠凝膠法製備CuCrO2薄膜的方法，其特徵在於步驟b 中，所述基片為Al2O3(OOOl)單晶基片。
3.根據權利要求1或2所述的用溶膠凝膠法製備CuCrO2薄膜的方法，其特徵在於步驟c中，將薄膜放入管式爐中的預燒時間為20 30分鐘。
4.根據權利要求3所述的用溶膠凝膠法製備CuCrO2薄膜的方法，其特徵在於步驟b 和c可反覆進行3-5次。
全文摘要
本發明公開了一種用溶膠凝膠法製備CuCrO2薄膜的方法，包括以下步驟a.製備前驅體溶液；b.採用旋塗法在潔淨的基片上鍍膜；c.預燒；d.高溫燒結；採用本發明的方法製備CuCrO2薄膜，能耗低，技術簡單，不需要任何的真空條件，生產成本相對較低，可以在任意形狀的基體上大面積的成膜，細化顆粒尺寸，降低反應溫度，鍍膜效率高，製備出的樣品化學均勻性好，實驗結果具備可重複性。
文檔編號C23C20/08GK102312231SQ20111029585
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者王金梅, 鄭培超 申請人:重慶郵電大學