【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體，具體涉及一種寬光學帶隙透明導電鉻酸銅外延薄膜及其制備方法。
技術介紹
1、在過去的幾十年里，對透明導電氧化物(transparent?conducting，tco)日益增長的需求推動了對具有高電導、高能效和長壽命的超寬光學帶隙無汞材料的研究。寬光學帶隙透明導電薄膜在紫外(ultra-violet，uv)光區表現出優異的導電性和透明度，可以應用于uv傳感器、醫療、光療及空間探測領域[1-2]。
2、近年來，鉻酸銅(cucro2)表現出非常有趣的光電特性，平均可見透過率在40％-60％之間，帶隙在2.9-3.1ev范圍內，載流子濃度高(高達1022cm-3)，電導率從10-4到102s?cm-1，跨越幾個數量級[3-4]。目前，國內外生長cucro2膜的方法主要有磁控濺射、分子束外延、脈沖激光沉積等。提高cucro2薄膜的電子遷移率是明確其機理和應用的核心研究方向。但這些方法制備薄膜的設備以及靶材都相當昂貴，成本很高，嚴重限制了cucro2薄膜作為透明導電材料的應用和推廣，并且cucro2薄膜的制備主要還是局限在多晶薄膜的制備上面，多晶薄膜上可能更容易出現結晶度不均勻，晶體缺陷問題，從而導致電子遷移率不佳。開發低成本、高性價比的cucro2外延薄膜制備方法仍然非常重要[5]。
3、化學溶液沉積(chemical?solution?deposition，csd)法作為一種非真空環境下制備透明導電薄膜的方法，已在科研和工業領域得到了廣泛的應用。該薄膜制備技術可以在常溫常壓下進行，成本較低，且
4、[1]yu?x,marks?tj,facchetti?a.metal?oxides?for?optoelectronicapplications.nat?mater.2016,15,4.
5、[2]wang?z,nayak?pk,caraveo-frescas?ja,et?al.recent?developments?in?p-type?oxide?semiconductor?materials?and?devices.adv.mater.2016,28,20.
6、[3]jaewon?kim,owen?kendall,jiawen?ren,et?al.highly?conductive?andvisibly?transparent?p-type?cucro2?films?by?ultrasonic?spray?pyrolysis.acsappl.mater.interfaces?2022,14,9.
7、[4]shengbin?nie,ao?liu,you?meng,et?al.highly?conductive?and?visiblytransparent?p-type?cucro2?films?by?ultrasonic?spray?pyrolysis.acsappl.mater.interfaces?2022,14,9.
8、[5]tripurari?s.tripathi,maarit?karppinen.enhancedp-type?transparentsemiconducting?characteristics?forald-grown?mg-substituted?cucro2thinfilms.adv.electron.mater.2017,3,1600341.
9、[6]renhuai?wei,penglai?gong,et?al.solution-processable?epitaxialmetallic?delafossite?oxide?films.adv.funct.mater.2020,30,2002375.
技術實現思路
1、基于上述現有技術所存在的不足之處，本專利技術提供一種寬光學帶隙透明導電鉻酸銅外延薄膜的制備方法，旨在通過簡單的化學溶液沉積法制得透明導電cucro2外延薄膜，并使其在寬光譜范圍(包括紫外光區)具有高透過率，同時在室溫下具有較低的電阻率和較高的載流子遷移率。
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、一種寬光學帶隙透明導電鉻酸銅外延薄膜的制備方法，包括以下步驟：
4、s1、將硝酸銅和硝酸鉻加入到乙二醇和冰醋酸的混合溶劑中，獲得前驅膠體；
5、s2、以al2o3為生長襯底，清洗后，將前驅膠體通過旋涂法在生長襯底表面成膜，然后熱解獲得非晶態薄膜；
6、s3、在還原性氣氛中對非晶態薄膜進行后退火處理，獲得寬光學帶隙透明導電鉻酸銅外延薄膜。
7、上述方法首次使用化學溶液沉積法成功制備鉻酸銅外延薄膜。化學溶液沉積法是通過將溶液中的化學反應產生的沉淀物沉積在基底上形成薄膜，這種方法操作相對簡單，不需要復雜的設備和工藝。通過調整制備過程中的的工藝參數，如溶液濃度、反應溫度和時間等，可以精確地調控薄膜的微結構，如晶粒大小、取向和織構等，顯著提高薄膜的平整度和致密性。另外，使用的原材料和設備成本較低，對于昂貴設備的需求低，在控制成本方面具有顯著優勢。
8、進一步地，步驟1中，硝酸銅和硝酸鉻的化學計量比為1:1，乙二醇和冰醋酸的體積比為1:1～3，在所述前驅膠體中，各金屬元素的總摩爾濃度為0.2～0.3mol/l。
9、上述濃度和配比直接影響導電鉻酸銅外延薄膜的形成，配比之所以影響外延薄膜形成，一是在化學反應平衡方面，配比影響離子濃度、還原劑作用和酸堿度，從而改變反應方向和產物。二是在晶體生長方面，配比會控制成核速率和沉積原子的供給速率，對成核的均勻性和薄膜的有序生長有重要作用。
10、進一步地，步驟2中，所述旋涂的參數設置為：轉速為5000～8000rpm、旋涂時間為30～40s、旋涂結束后將薄膜置于溫度為150～180℃的加熱板上烘干2～3min。
11、進一步地，步驟2中，所述熱解在空氣氣氛中進行，熱解溫度為350～400℃、熱解時間為10～15min。
12、進一步地，步驟3中，所述退火在氮氣氣氛中進行，氣流量為400～500sccm，退火溫度為650～800℃、退火時間為30～40min，經退火完成結晶生長。
13、進一步地，步驟3中，重復旋涂、熱解和退火的步驟20～30次，以獲得結晶的鉻酸銅外延薄膜。
14、該步驟可以調控透明導電鉻酸銅外延薄膜的孔隙率和厚度。重復多次可以使結晶的薄膜與旋涂的薄膜之間存在孔隙，從而降低薄膜的折射率，并且本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種寬光學帶隙透明導電鉻酸銅外延薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述寬光學帶隙透明導電鉻酸銅外延薄膜的制備方法，其特征在于，步驟1中，硝酸銅和硝酸鉻的化學計量比為1:1，乙二醇和冰醋酸的體積比為1:1～3，在所述前驅膠體中，各金屬元素的總摩爾濃度為0.2～0.3mol/L。
3.根據權利要求1所述寬光學帶隙透明導電鉻酸銅外延薄膜的制備方法，其特征在于，步驟2中，所述旋涂的參數設置為：轉速為5000～8000rpm、旋涂時間為30～40s、旋涂結束后將薄膜置于溫度為150～180℃的加熱板上烘干2～3min。
4.根據權利要求1所述寬光學帶隙透明導電鉻酸銅外延薄膜的制備方法，其特征在于，步驟2中，所述熱解在空氣氣氛中進行，熱解溫度為350～400℃、熱解時間為10～15min。
5.根據權利要求1所述寬光學帶隙透明導電鉻酸銅外延薄膜的制備方法，其特征在于，步驟3中退火，所述退火在氮氣氣氛中進行，氣流量為400～500sccm，退火溫度為650～800℃、退火時間為30～40min，經退火完成結晶生長。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟3中，重復旋涂、熱解和退火的步驟20～30次，以獲得結晶的鉻酸銅外延薄膜。
7.一種根據權利要求1～6中任意一項制備的寬光學帶隙透明導電鉻酸銅外延薄膜，其特征在于，鉻酸銅外延薄膜的厚度為110～130nm，光學帶隙為3.10～3.20eV，室溫(300K)電阻率為405.10～415.25mΩcm，室溫載流子遷移率為700.2～750.3cm2?V-1s-1，室溫載流子濃度為1.9×1016～2.1×1016cm-3。
...【技術特征摘要】
1.一種寬光學帶隙透明導電鉻酸銅外延薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述寬光學帶隙透明導電鉻酸銅外延薄膜的制備方法，其特征在于，步驟1中，硝酸銅和硝酸鉻的化學計量比為1:1，乙二醇和冰醋酸的體積比為1:1～3，在所述前驅膠體中，各金屬元素的總摩爾濃度為0.2～0.3mol/l。
3.根據權利要求1所述寬光學帶隙透明導電鉻酸銅外延薄膜的制備方法，其特征在于，步驟2中，所述旋涂的參數設置為：轉速為5000～8000rpm、旋涂時間為30～40s、旋涂結束后將薄膜置于溫度為150～180℃的加熱板上烘干2～3min。
4.根據權利要求1所述寬光學帶隙透明導電鉻酸銅外延薄膜的制備方法，其特征在于，步驟2中，所述熱解在空氣氣氛中進行，熱解溫度為350～400℃、熱解時間為10～15...
【專利技術屬性】
技術研發人員：程王平，戴靜，何媛娣，易明芳，田宇翔，王樂怡，徐怡，張佑泉，高天瑞，廖樂璇，
申請(專利權)人：安慶師范大學，
類型：發明
國別省市：
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