[发明专利]一种制备ZnO类晶体薄膜的方法及设备

说明书

本发明公开了一种制备ZnO类晶体薄膜的方法及设备，属于光电功能半导体材料领域，能够实现循环制备ZnO类晶体薄膜。该方法将硝酸锌、六次甲基四胺和硝酸铜溶于去离子水中，得到混合溶液中硝酸锌、六次甲基四胺和硝酸铜的浓度为0.2‑0.3mol:0.02‑0.05mol:0.5‑5mmol，将生长有ZnO种晶层的Si衬底材料置于混合溶液中，在80℃‑100℃温度下反应。本发明还提供一种循环阵列式水溶液法制备ZnO类晶体薄膜的设备。本发明具有膜厚可控、设备简单、操作简便、成本低、可大批量制备等特点，同时反应条件温和，可控性和重复性较强，适用于ZnO类晶体薄膜的大量生产和实现工业化推广应用。

技术领域

本发明属于光电功能半导体材料领域，尤其涉及一种制备ZnO类晶体薄膜的方法及设备。

背景技术

ZnO是一种新型的Ⅱ-Ⅵ族直接宽禁带氧化物半导体材料，室温下带隙宽度E_g 为3.37eV ，激子结合能为60meV，远大于室温热离化能26meV，因此ZnO内部的激子可以在室温下稳定存在，所以ZnO是适于室温和更高温度下使用的高效紫外光电材料。ZnO还具有优良的压电性、气敏性、压敏性和湿敏性，机电耦合性能也很优异，被广泛研究应用于光电探测器、发光二极管、激光器、太阳能电池等各类光电器件，同时ZnO微纳米结构材料存在体表比大等特殊的性能，其也被应用于闪烁体、气体传感器等众多领域。

目前，制备ZnO材料的方法有很多，常用的有化学气相沉积法、离子束溅射法、分子束外延法、溶胶-凝胶法等。上述方法中存在所需设备昂贵、材料生长温度高、生产成本高、产量低、生长的ZnO质量不高等缺点，导致这些方法大范围应用比较困难。水热法生产的ZnO材料粒子纯度高、分散性好、晶形好，而且所需设备简单、成本较低且温度要求不高，而且用水热法制备的粉体一般无需烧结,可以避免在烧结过程中晶粒长大、杂质混入，此外水热法还可以通过改变温度、浓度等生长条件，实现对ZnO材料性质的控制。但是目前水热反应都是用单个反应釜进行反应，只能进行单向反应，难以同时大批量生产。

发明内容

本发明提供了一种制备ZnO类晶体薄膜的方法及设备，可实现循环制备ZnO类晶体薄膜。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种制备ZnO薄膜的方法，包括以下步骤：

(1) 制备溶液，将六水合硝酸锌(Zn(NO₃)₂▪6H₂O)，六次甲基四胺(Hexamethylenetetramine, HMTA) 和硝酸铜(Cu(NO₃)₂)按比例0.2-0.3mol: 0.02-0.05mol: 0.5-5mmol溶于去离子水中，得到混合溶液；

(2) 将表面溅射ZnO种晶层的衬底材料放置于所述的混合溶液中；

(3) 将所述混合溶液温度从室温升到预定温度80℃-100℃，升温速度为10℃/min；

(4) 反应结束后，取出衬底材料，去离子水冲洗干净，放入真空干燥箱在60℃-80℃下进行烘干。

以上步骤中步骤(2)所述衬底材料上预先生长的ZnO种晶层的厚度为20nm-50nm，通过射频磁控溅射法在室温下制备获得，磁控溅射法使用纯度为99.99%的ZnO陶瓷靶材，所述衬底材料放置于所述混合溶液中时，预先生长的ZnO种晶层面朝下放置。