[發明專利]一種TiZn合金膜及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201810156892.2
• 申請日: 2018-02-24
• 公開（公告）號: CN108396290B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 閆蘭琴;褚衛國
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: C23C14/18
• 分類號: C23C14/18;C23C14/35;C22C18/00;C23C14/02;C23C14/58
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供了一種TiZn合金膜及其制備方法和用途。所述TiZn合金膜包括納米柱結構。所述TiZn合金膜的制備方法包括：在介質膜上制備所述TiZn合金膜，即誘導法制備所述合金膜。所述介質膜晶格常數某一方向與合金材料中某一材料一個方向上晶格常數相近。本發明還提供了一種以所述TiZn合金膜為原料制備得到的摻鈦氧化鋅膜，所述摻鈦氧化鋅膜的制備方法包括：將所述TiZn合金膜在氧化性氣氛中加熱退火，得到所述摻鈦氧化鋅膜。摻鈦氧化鋅膜用于光學應用。本發明制備TiZn合金膜的方法為純物理方法，零污染、低成本、可重復，且可以靈活地調整TiZn合金膜中Ti和Zn的原子比例和納米柱結構的大小及高度。

技術領域

本發明屬于功能薄膜制備技術領域，具體涉及一種TiZn合金膜及其制備方法和用途。

背景技術

具有超小間距的納米柱陣列的材料由于其具有獨特的性質/性能，具有廣泛的用途，因而備受關注。研究發現，金屬納米陣列因具有納米尺度的間距，局域電場產生強烈的耦合，可用作制備現了納米激光器以及作為表面增強拉曼襯底，提高生化分子探測的靈敏度。目前納米柱的制備主要集中在模板法、刻蝕法、自組裝和水熱法(種子層)等。

氧化鋅作為一種寬能帶半導體材料，在室溫下其禁帶寬度為3.37ev，具有禁帶寬、激子束縛能高、無毒、原料易得、成本低等優點，且具有優良的光電特性，在光電器件、透明導電膜、表面聲波器件有著廣泛的應用。氧化鋅具有大的禁帶寬度，盡管薄膜中自補償由Zn作為施主提供電子，但對于理想化學配比的ZnO來說應該是絕緣體而半導體。因此適當摻雜對ZnO帶寬進行調整，拓寬應用范圍。

目前，實現ZnO的n型摻雜比較容易，可選擇施主元素也較多，如Ⅲ族、Ⅳ族、Ⅶ族元素，最常用且得到充分驗證的是Al、Ga、In摻雜。而對于Ti摻雜，由于Ti⁴⁺比Zn²⁺價態高，且Ti⁴⁺離子半徑0.068nm小于Zn²⁺離子半徑0.074nm，如果Ti⁴⁺離子能夠成功進入氧化鋅晶格替代Zn²⁺離子，能夠提供更多的自由電子，導致薄膜中載流子濃度增加，有效降低薄膜電阻率。研究表明：摻雜比例對TZO(ZnO:Ti)薄膜結構和光學性能產生顯著影響，TZO(ZnO：Ti)薄膜紫外-可見光波段都有較高的透過率且隨著摻雜比例的增加薄膜樣品的截止頻率增大，薄膜電導率呈現先變小后變大的趨勢。另外，有報道指出利用直流反應磁控濺射制備的TiO-ZnO薄膜的工藝參數對光催化性能也可以產生較大的影響，摻鈦氧化鋅可以增強光催化活性。而采用磁控反應共濺射方法制備不同含量Ti-Zn-O薄膜，并討論了不同Ti含量對于薄膜光學性能的影響，發現隨著Ti原子含量增大光學帶隙可以從2.97增加到3.78，顯著改變其帶隙寬度。因此，對摻鈦氧化鋅的研究越來越受到重視，目前制備方法主要為磁控濺射法。

當下，TiZn合金膜產品和摻鈦氧化鋅膜產品絕大多數都是普通平面膜。例如CN103173726A和CN102352484A制備的摻鈦氧化鋅透明導電薄膜，就是普通的平面膜，但是目前對于特殊形貌的TiZn合金膜產品和摻鈦氧化鋅膜產品的研究非常少，而TiZn合金膜產品和摻鈦氧化鋅膜產品的特殊形貌可能會對其應用產生很大幫助。CN107344730A提供一種氧化鋅納米柱陣列的制備方法，該方法利用目前工藝成熟的微電子加工技術，在帶有納米陣列圖案的GaN模板上，以Zn(NO₃)₂和六甲基磷酸三酰胺水溶液作為ZnO納米柱陣列生長的前驅溶液，采用水熱法重力輔助倒置生長制備高度有序、尺寸均勻的ZnO納米柱陣列。該方法采用化學方法制備氧化鋅納米柱陣列，方法繁瑣，產生廢物污染，成本高，不適用于TiZn合金膜產品和摻鈦氧化鋅膜的制備。因此，開發一種不產生污染，成本低，易于產業化生產的制備具有特殊形貌的TiZn合金膜產品和摻鈦氧化鋅膜產品的方法，對于本領域有重要意義。

發明內容