[发明专利]一种p型高透射率（100）-取向的LaNiO3纳米薄膜的制备方法

说明书

技术领域    

本发明涉及微电子与光电子材料领域，特别涉及一种P型高透射率（100）-取向的LaNiO₃纳米导电薄膜的制备方法。

背景技术   

透明导电氧化物薄膜具有良好的导电性，对可见光的高透射率，红外区高反射率及其它半导体特性，可应用于平板显示器件，太阳能光伏电池，光电传感器以及光电子，微电子器件等领域。迄今为止，已发现的透明导电薄膜主要是In₂O₃, SnO₂和掺Al的ZnO及其组合而成的多元体系，在平板显示器中得到广泛的应用，但是他们都是n型半导体或导电体，p型透明氧化物薄膜很少。作为p型导体的LaNiO₃薄膜通常来讲是不透明的，主要是因为厚度超过了200nm，因此限制了p型导体在光电领域的应用，然而p型材料为p-n结构及其透明半导体器件的发展提供了可能性。虽然降低厚度可以提高透射率，但是降低厚度会带来薄膜表面缺陷增多，从而带来电阻率升高，这个问题在溶胶-凝胶法制备的LaNiO₃薄膜中更为突出。

LaNiO₃材料具有钙钛矿结构，是铁电薄膜底电极的首选材料之一，主要是因为LaNiO₃的晶胞参数（a=0. 382nm）与铁电薄膜非常接近，使之不仅可作为电极材料，还可作为籽晶层来优化铁电薄膜的结构和性能。然而，不同的工艺得到的LaNiO₃薄膜的表面粗糙度较大，极化不均匀，电阻率高，对铁电薄膜的性能也有影响，例如会增加上层PZT铁电薄膜的漏电流和矫顽场，降低剩余极化值，这些因素均与LaNiO₃电极的表面粗糙度和取向度有关。

发明内容   

为了解决以上问题，本发明提供了一种可以改善LaNiO₃电极的表面粗糙度和取向度的p型高透射率（100）-取向的LaNiO₃薄膜的制备方法。

本发明是通过以下措施实现的：

一种p型高透射率高（100）- 取向的LaNiO₃薄膜的制备方法，采用以下步骤：

（1）前驱体溶液的制备：采用溶胶凝胶法，按摩尔比1:1称取硝酸镧和硝酸镍作为溶质，溶于摩尔比1:1混合的水和乙醇中，加入柠檬酸和聚乙二醇，水：乙醇：柠檬酸：聚乙二醇摩尔比为=200：200：2：1，配制成前驱体溶液，溶液浓度为0.08～0.20mol/L；

（2）LaNiO₃薄膜材料的制备：采用层层退火工艺，先用旋转涂膜法将前驱体溶液沉积在衬底材料上，然后将材料放置在热板上250℃左右烘干，将干燥的薄膜置于快速退火炉中热处理，热处理工艺特征在于：在氧气气氛下从350℃以10℃/分钟的速率升温到450℃，450℃预处理10min，再以15℃/分钟的速率升温到600℃，在氮气气氛下退火20分钟，退火温度为600℃～650℃，得到LaNiO₃薄膜。

600℃到650℃之间退火，是指按照不同应用的需求，可以选择600℃，625℃，650℃分别退火20分钟，每个片在一个温度上保持20分钟，600℃得到的晶粒尺寸较小，650℃得到的晶粒尺寸较大。

所制得的LaNiO₃薄膜厚度小于50nm，电阻率为1×10^-4?·cm～2×10^-4?·cm，表面粗糙度不大于1nm。

衬底材料可以选用石英、玻璃、硅片或者金属薄片，金属薄片为Ni片或Cu片。

本发明将很薄的薄膜置于衬底材料之上，通常科研工作者是将较厚的薄膜作为器件的底电极，没有注意到LaNiO₃底电极表面的坑及裂纹等对薄膜电学性能以及光学性能的影响。因此，通过对预处理温度，退火温度，薄膜层厚的控制，我们得到了纳米级厚度，取向度高，表面粗糙度小，电阻率低，透射率高的（100）- 取向LaNiO₃纳米薄膜电极。

本发明的有益效果是：通过控制并采用最合适的预处理温度，退火温度，提高了LaNiO₃薄膜电极的表面均匀性和极化程度，取向度高，表面粗糙度小，电阻率低；并且通过层厚的控制，得到高透射率的p型（100）- 取向LaNiO₃纳米薄膜电极，在未来的光电器件中具有良好的实用前景。

附图说明   

附图1为实施例1热处理过程温度曲线图；