[发明专利]金属氧化物有序自组装图形化制备方法及金属氧化物薄膜

说明书

技术领域

本发明涉及金属氧化物半导体技术领域，尤其涉及金属氧化物有序自组装图形化制备方法及金属氧化物薄膜。

背景技术

与硅和有机半导体材料相比，金属氧化物半导体具有高电子迁移率(超过10cm²/伏·秒)、高透明度、大面积均匀性好的优势。由于金属氧化物薄膜具有相当大的潜力，在传感器、太阳能电池、非易失性存储器设备以及超高分辨率的平板显示器上有广泛的应用。

传统的金属氧化物半导体，通常采用真空辅助技术，如溅射(PVD/PECVD)或脉冲激光烧蚀(PLA)。但由于靶材中不同的金属材料具备不同的蒸发速率，靶材在多次使用后，金属元素的化学计量比会发生变化，进而影响金属氧化物半导体的性能。而溶液法制备金属氧化物半导体技术，能严格控制金属元素的化学计量比。而且溶液法工艺具备低温制备的优点，与柔性衬底兼容，具备制备柔性电子电路的潜力。

为了实现高的集成度，低的漏电流以及低的寄生电阻及寄生电容等，高性能的集成电子电路需要精确的图形化工艺。而为了实现金属氧化物半导体在集成电子电路中的应用，实现金属氧化物半导体的高精度图形化非常重要。目前，金属氧化物半导体的图形化工艺主要是减法式工艺，如光刻刻蚀，但光刻刻蚀图形化会损伤金属氧化物半导体，而且浪费原材料。刻蚀液也会污染环境。无损伤低耗材的一次性图形化工艺尤为重要。

发明内容

本发明实施例提供一种金属氧化物有序自组装图形化制备方法及金属氧化物薄膜，以无损伤、低耗材、一次性图形化制备金属氧化物薄膜，而且同时适用于硬性衬底(玻璃、二氧化硅、硅等)和柔性衬底(PET、PDMS、PI等)。

一方面，本发明实施例提供了一种金属氧化物有序自组装图形化制备方法，所述方法包括：

在亲水衬底表面上，进行疏水处理，或在疏水衬底表面上，进行亲水处理，形成表面能不同的亲疏水两种界面，且两种界面间形成特定形状的微纳图形排列结构；

将金属氧化物前驱体涂覆在形成的具有所述微纳图形排列结构的衬底上，自发发生润湿和去润湿的自组装行为，获得图形化的有序金属氧化物薄膜。

另一方面，本发明实施例提供了一种上述金属氧化物有序自组装图形化制备方法制备得到的金属氧化物薄膜。

上述技术方案具有如下有益效果：该方法具备无损伤、低耗材、一次性特定位置图形化的优点，而且同时适用于硬性衬底(玻璃、二氧化硅、硅等)和柔性衬底(PET、PDMS、PI等)。本发明实施例所述图形化方法利用亲疏水两种界面的表面能差异，实现金属氧化物半导体前驱体在亲水图案区域的沉降，且本发明实施例获得的图形化金属氧化物薄膜可应用于高效益，大规模制备场效应晶体管器件、传感器件制备及太阳能电池器件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种金属氧化物有序自组装图形化制备方法流程图。

图2是本发明实施例所述在干净二氧化硅表面(不做亲/疏水处理)的接触角。

图3是本发明实施例所述经过疏水性材料HMDS处理后的二氧化硅表面的接触角。

图4是本发明实施例所述经过UV臭氧做亲水处理后的HMDS涂覆二氧化硅表面的接触角。

图5是本发明实施例利用疏水性材料HMDS和UV臭氧做亲水性处理所得亲疏水图形矩阵制备金属氧化物薄膜矩阵的示意图。

图6是本发明实施例利用疏水性材料HMDS和UV臭氧做亲水性处理所得的图形化矩阵制备的金属氧化物薄膜矩阵。

图7是本发明实施例所述经过疏水性材料CYTOP处理后的二氧化硅表面的接触角。

图8是本发明实施例经过疏水性材料CYTOP和等离子刻蚀做亲水性处理后的二氧化硅表面的接触角。

图9是本发明实施例利用疏水性材料CYTOP和等离子刻蚀做亲水性处理所得亲疏水图形矩阵制备的金属氧化物薄膜矩阵的示意图。

图10是本发明实施例利用疏水性材料CYTOP和等离子刻蚀做亲水性处理所得的图形化矩阵制备的金属氧化物薄膜矩阵。

图11是本发明实施例利用疏水性材料CYTOP和光刻lift-off工艺处理后所得亲疏水图形矩阵制备的金属氧化物薄膜矩阵的示意图。