[发明专利]一种二维IGZO纳米片材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二维片层状IGZO半导体材料及其制备方法。具体制备方法为采用溶胶凝胶法将铟盐，镓盐，锌盐分别在水中搅拌溶解，混合均匀后，加入碱性添加剂使三种盐产生共沉淀，添加搅拌稳定后的pH为4～9。在烘箱中热处理进行反应获得IGZO前驱体，洗涤干燥获得前驱体粉末，将粉末在800‑1300℃下高温烧结成IGZO纳米片。本发明获得的IGZO纳米片直径为100nm～5μm，片层厚度100nm，纳米片可分散于适合溶剂，如二甲基亚砜，N‑甲基吡咯烷酮，乙二醇等溶剂中，经加工后可用于印刷/喷墨打印用n型半导体制备或薄膜半导体功能模块的生产。

技术领域

本发明涉及材料制备方法，具体涉及一种二维片层状IGZO半导体材料及其制备方法。

背景技术

铟镓锌氧化物(indiumgallium zinc oxide，IGZO)是由In₂O₃、Ga₂O₃和ZnO三种化合物按不同的配比组合而成的n型半导体金属氧化物。具有高迁移率、低关态电流、宽带隙(～3.5eV)等优点，是制备柔性电子产品的理想半导体材料。通过在柔性基底上附着一层IGZO是进一步加工柔性电子器件，如薄膜晶体管，反相器等器件的重要环节。制备IGZO薄膜的方法有很多，主要有磁控溅射法、脉冲激光沉积法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、原子层沉积法、脉冲直流磁控溅射法等。其中沉积，溅射等方法由于成本较高，目前仅在制备显示设备中采用溅射、气相沉积IGZO的方式制备。溶胶-凝胶法需要低温反应以适应有机物薄膜衬底不耐高温的特性，目前仍处于实验室阶段。近年来，通过先制备纳米级IGZO，再将IGZO分散至溶剂体系中，配制成可印刷，可打印的墨水方式由于其具备高速生产，低成本的优势近年来受到广泛关注。如华星光电通过喷墨打印生产出的OLED-TFT，可降低生产成本(CN201710777726.XOLED-TFT基板及其制造方法、显示面板)，喷墨打印技术形成OLED的有机发射图案，可以省去一道黄光制程。但由于显示面板层数较多，不同环节仍需要采用不同工艺流程。其制备IGZO半导体层的工序依然使用化学气相沉积法，效率较低。

Gyoujin Cho等人通过溶胶凝胶法，烧结后球磨，离心的方法获得了纳米IGZO颗粒(Adv.Electron.Mater.2018,1800078)，上述工作均展现出了通过纳米级IGZO配制成墨水，再进一步加工IGZO薄膜的可能性。然而由于颗粒团聚，颗粒尺寸不均匀等问题，导致需要在配制墨水前期引入超声，球磨，离心等工序，产率不高；并且由于团聚，尺寸不均匀等问题，在配制墨水过程中需要添加分散剂，导致最终IGZO薄膜性能下降的问题。

发明内容

由于现有技术中的团聚、尺寸不均匀等问题，导致在配制墨水过程中需要添加分散剂，使最终IGZO薄膜性能下降，为解决上述技术问题：

本发明提供一种二维片状IGZO纳米片，所述IGZO纳米片为二维结构，所述纳米片直径为100nm～5μm，厚度为＜100nm。优选地，纳米片直径为100nm～2μm，厚度为＜80nm；更优选地，纳米片直径为100nm～1μm，厚度为＜50nm。

本发明又提供一种二维片状IGZO纳米片的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铟盐，镓盐，锌盐分别加入溶剂中，形成金属盐溶液；

(2)将(1)中所述的三种金属盐溶液混合均匀后，向其中添加碱性添加剂；

(3)将步骤(3)得到的溶液放入烘箱中进行热处理，得到IGZO前驱体溶液，所述热处理温度为60-130℃；

(4)洗涤、干燥，得到IGZO前驱体粉末；

(5)将步骤(4)得到的IGZO前驱体粉末进行烧结，得到IGZO纳米片，所述烧结温度为800-1300℃。

进一步地，在上述技术方案中，步骤(1)中，所述溶剂为水；所述铟盐为水溶性铟盐；所述镓盐为水溶性镓盐；所述锌盐为水溶性锌盐。