[发明专利]一种利用有机大分子材料作催化剂制备ITO纳米线的方法

说明书

【技术领域】

本发明属于光电子器件材料技术领域，特别涉及制备ITO(氧化铟锡)纳米线的方法。

【背景技术】

ITO材料具有良好的化学稳定性和热稳定性，对衬底具有良好的附着性和图形刻蚀特性，作为一种透明导电薄膜已成熟的应用于水平结构的LED。在水平结构的LED中加镀ITO材料层，能使注入LED芯片的电流快速并且均匀的扩散，增加电子活跃性能，以达到提升LED光转换效率的目的。退火后的ITO材料具有良好的导电性能和抗氧化能力，可以作为场发射的冷阴极材料。同时ITO材料对特定物质(比如乙醇)具有非常高的气敏特性，也可以应用于传感器领域。基于ITO材料同时具有优良的室温导电性能、可见光的透过率以及特有的气敏特性，近年来得到了广泛的研究和应用。

纳米线结构由于其高的表面-体积比以及优异的电、热特性已被广泛的应用于电子、光电子、化学/生物传感器、能量获取/转换等领域。自1964年，气-液-固(VLS)生长机制被Wagner和Ellis发现以来，出现了许多创新性的方法，比如化学气相沉积法、分子束外延等极大推动了纳米线的合成和应用。ITO纳米线不仅具有纳米结构的特性还保持了ITO体材料的高的透过率和导电性的优点，能被有效应用于太阳能电池、显示器、等离子体和LED发光器件。对于制备ITO纳米线，目前常见的技术是基于VLS机理利用金属(金)作为催化剂进行制备[C.O’Dwyer,M.Szachowica G.Visimberga,et.al,Nature Nanotech.,4,239(2009)]，这种方法具有温度高(800～900℃)、成本高和制作工艺较复杂等因素制约，很难实现大规模生产并应用，且在制备好ITO纳米线后如何有效和彻底地去除金属颗粒也成为一个难题。

为了解决ITO纳米线制备中的相关难题，检索发现，不同ITO纳米线制备的方法已申 请的中国专利有：申请号为200610031534.6和200910024491.2。但通过分析可知，申请号为200610031534.6的专利申请仍然采用的是利用金属-金作为催化剂进行ITO纳米线的制备，并未从根本上解决催化剂成本高和难以去除的问题；而申请号为200910024491.2的专利申请采用的是一种电子束蒸镀的方式直接制备ITO纳米线，要求对设备的控制工艺较苛刻，且制备的ITO纳米线长度只能在纳米量级(～100nm)，形貌控制质量较差。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种利用有机大分子材料作催化制备ITO纳米线的方法，以解决上述现有技术存在的问题。本发明方法通过在基板上涂覆聚苯乙烯小球，使其作为催化剂，直接利用电子束蒸镀方式，实现制备针型ITO纳米线长度达到微米量级(～2μm)的低成本及大面积制备。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用有机大分子材料作催化制备ITO纳米线的方法，包括以下步骤：

在衬底上制备聚苯乙烯小球阵列，用氧气进行ICP刻蚀对聚苯乙烯小球进行修饰；

对涂覆有聚苯乙烯小球的衬底进行ITO蒸镀；

将蒸镀ITO完成的衬底浸采用氯仿浸泡或高温退火的方式去除残留的聚苯乙烯，得到ITO纳米线。

优选的，在衬底上制备单层聚苯乙烯小球阵列。

优选的，聚苯乙烯小球的直径为500nm。

优选的，进行ITO蒸镀时，衬底温度保持在280～320摄氏度，将衬底附着有聚苯乙烯小球的一面正对靶材，按0.08～0.1nm/s的沉积速率，沉积15～20分钟后，停止蒸镀，冷却后取出衬底。

优选的，ITO蒸镀时，聚苯乙烯小球处于熔融状态。

优选的，ITO蒸镀时，采用In:Sn＝90:10的靶材；蒸发腔内真空压强小于5×10^-4Pa。

优选的，所述衬底为石英玻璃片或GaN外延片。

优选的，高温退火工艺为：利用快速退火炉在570～600摄氏度下退火10～15分钟，去除聚苯乙烯小球。

优选的，高温退火时从室温升温至退火温度的升温速率为100℃/s，退火后的降温速度为80℃/s。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明中，当涂覆有聚苯乙烯小球的石英玻璃基片在温度280～320℃范围内时，聚苯乙烯小球处于熔融状态。当ITO靶材分子蒸气(氧化锡、氧化铟混合气体分子)在衬底上沉积时，处于熔融态的聚苯乙烯小球对ITO分子具有较强的吸附和附着能力，高温ITO分子不断的在熔融态的聚苯乙烯小球内聚集，当达到过饱和时，便以结晶的方式向外析出，形成针状的ITO纳米线。