[發明專利]一種采用沉積法在硅基底上制備氧化鈦薄膜的方法

在審

• 申請號: 201710143745.7
• 申請日: 2017-03-12
• 公開（公告）號: CN106929823A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 蘇州南爾材料科技有限公司
• 主分類號: C23C16/40
• 分類號: C23C16/40;C23C16/02;C23C16/455
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及導電材料領域，具體涉及一種采用沉積法在硅基底上制備氧化鈦薄膜的方法。

背景技術

透明導電薄膜是一種兼備高導電及可見光波段高透明特性的基礎光電材料，廣泛應用于顯示器、發光器件、太陽能電池、傳感器、柔性觸摸屏等光電顯示領域，具有廣泛的商業應用前景。

染料敏化太陽能電池由光陽極、染料、電解質和對電極四部分組成。其中，光陽極和對電極的基底材料都是透明導電玻璃。目前，常用的透明導電層主要為氧化銦錫（ITO）和氟摻雜的氧化錫（FTO）。FTO是最早實現工業化生產的透明導電薄膜，制備工藝簡單、成熟，但是與ITO相比導電率較低，ITO是目前市場上需求量最大的透明導電薄膜，光電性能十分優秀，但是銦會對環境造成污染，且價格昂貴，另外，ITO還存在不耐高溫的缺點，從而限制了染料敏化太陽能的發展和應用。透明導電層還被廣泛應用于有機太陽能電池、鈣鈦礦型太陽能電池和量子點敏化太陽能電池等。

在過往研究中，銦摻雜氧化錫(ITO)和鋁摻雜氧化鋅（ZAO）已經獲得廣泛的應用。但上述材料仍存在較多局限:如銦元素是地球上的稀缺元素并具有一定毒性，折射率有限（均小于2）、在還原氣體氛圍中不夠穩定等。與之相比，二氧化鈦具有極高的折射率（2.2-2.4，與硅膜相近）；和機械強度，穩定的化學特性，高的介電常數等優異性能，在半導體光電器件中具有廣泛的應用價值，近年來被著重研究過。因而二氧化鈦的透明導電薄膜近年來收到廣泛的關注。

經對現有技術檢索，大多數技術是利用各類導電物質制備的油墨涂布或者噴涂在柔性基底上制備成柔性透明導電薄膜，此類技術制備的透明導電薄膜，雖然具有較好的薄膜附著力，但光學透過率和導電性能仍然有待提升。

發明內容

本發明提供一種采用沉積法在硅基底上制備氧化鈦薄膜的方法，本發明通過對硅基底表面進行預處理可很好地提高其對導電溶膠的親和性能，使得噴涂過程中導電溶膠更加均勻的分布在硅基底表面，本發明采用原子層沉積方法，基于TiO₂自身的優異的寬禁帶性能，采用能夠在較低溫度下能夠氣化的三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺鉻作為鉻前驅體源，有效降低了實驗條件和能耗，且原子層沉積工藝過程參數易于控制。

為了實現上述目的，本發明提供了一種采用沉積法在硅基底上制備氧化鈦薄膜的方法，該方法包括如下步驟：

（1）基底處理

用Si(100)作基底，用酒精棉球反復輕輕擦洗襯底表面，以除去表面的有機物；

將擦洗過的基片放入裝有丙酮的燒杯中，在超聲清洗槽內清洗10-15分鐘；

然后將基底放入到硝酸中靜置浸泡2-4h；

取出基底放入到去離子水中靜置2-3h，除去表面的硝酸；

放在通風櫥中靜置晾干5-10h；

（2）采用四氯化鈦為鈦前驅體源，三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺鉻為鉻前驅體源，高純水為氧前驅體源，將上述基底加熱后，采用將前驅體源進行沉積組合進行多組循環后制備出需要的透明導電薄膜；

其中：

四氯化鈦和水在室溫下即可，三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺鉻需加熱至55℃；

所采用的沉積組合由n個TiO₂沉，n<35，摻雜1個Cr摻雜沉積組成；即進行n個TiO₂沉積組合后，引入1個Cr摻雜沉積；

所進行的TiO₂沉積是：當沉積腔真空度在15Pa以下時，向沉積腔體引入1個四氯化鈦脈沖，后采用高純氮氣清洗沉積腔；后引入1個水蒸汽脈沖進行反應形成單個TiO₂原子層與反應殘留物，然后用高純氮氣清洗沉積腔；該過程中，四氯化鈦脈沖的持續時間為0.5s；氮氣清洗時間5s；水蒸氣脈沖持續時間為0.3s；氮氣沖洗時間2s；將該過程重復n次即可；

所進行的Cr摻雜沉積是：當n個TiO₂沉積完成后；引入1個四氯化鈦脈沖，持續0.5s，用氮氣清洗5s；后引入1個三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺鉻脈沖；用高純氮氣清洗沉腔后，再引入1個水蒸氣脈沖進行反應；接著用高純氮氣清洗沉積腔，完成Cr摻雜沉積；該過程中，三（乙基甲基氨基）叔丁酰胺鉻脈沖的持續時間為0.5s，氮氣清洗時間6s，水蒸氣脈沖持續時間為0.3s，氮氣沖洗時間6s。

具體實施方式

實施例一