[發明專利]一種噴涂制備鈣鈦礦薄膜的方法及鈣鈦礦薄膜

有效

• 申請號: 201910257272.2
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN109980093B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 徐苗;李民;張偉;鄒建華;陶洪;王磊;彭俊彪
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/46
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供一種噴涂制備鈣鈦礦薄膜的方法，所述方法包括：將含有鈣鈦礦的噴涂溶液噴涂至基板表面，其中至少采用兩種流量，以流量遞增的方式進行噴涂，得到鈣鈦礦薄膜前驅體，對所述鈣鈦礦薄膜前驅體進行熱壓處理得到所述鈣鈦礦薄膜。所述方法可避免連續噴涂造成晶粒垂直方向連續生長，而得到表面粗糙度較大、針孔較多的薄膜。

技術領域

本發明屬于半導體器件制造領域，涉及一種噴涂制備鈣鈦礦薄膜的方法及鈣鈦礦薄膜。

背景技術

近年來，有機-無機材料雜化的鈣鈦礦由于其優異的光電轉換效率、簡單的制備工藝和低廉的制造成本受到了全球學術界和產業界的廣泛關注，顯示出很強的商業化應用前景。轉換效率的迅速提升，一方面得益于鈣鈦礦旋涂成膜工藝的改進，另一方面得益于鈣鈦礦薄膜界面優化。然而鈣鈦礦在商業化發展過程中，仍然存在幾個需要克服的難點：環境穩定性差、原料毒性、成本控制等。雙鈣鈦礦由于其優異的穩定性，成本較為低廉，環境友好，可以看作是無鉛鈣鈦礦一個很好的替代品。近期，雙鈣鈦礦鹵化物作為一個新型的鈣鈦礦材料引起研究者廣泛關注，采用旋涂工藝可以得到質量較好的薄膜。但是，單純旋涂工藝得到薄膜厚度較薄，無法滿足光電器件的載流子運輸需要。而噴涂工藝雖然能得到較厚的薄膜，但是其薄膜表面粗糙度較大，晶粒尺寸較小且有大量的針孔。

CN 107331778 A公開了一種鈣鈦礦薄膜的制備方法，其包括如下步驟：將前驅體溶液噴涂在基板上，形成液膜；所述前驅體溶液包括溶劑、以及溶解在所述溶劑中的鈣鈦礦材料；加熱所述基板以使所述液膜形成半干膜；將反溶劑噴涂在所述半干膜上以使所述半干膜晶化。上述鈣鈦礦薄膜的制備方法，采用噴涂的方式，薄膜的面積取決于噴涂時噴頭的行程范圍，故而可以制備出大面積的鈣鈦礦薄膜。CN 108242505 A公開了一種大晶粒鈣鈦礦薄膜光電材料的制備方法，包括前驅體溶液的制備和基底的制備，以及將制備好的前驅體溶液噴涂到基底上，獲得大晶粒鈣鈦礦薄膜等過程。前驅體溶液通過將鈣鈦礦原材料AX_n和BX_3-n按比例混合或者直接將鈣鈦礦材料ABX₃溶解在NMP溶劑或NMP混合溶劑中獲得。前驅體溶液噴涂到100～150℃的熱基底上并保溫至大晶粒鈣鈦礦薄膜生長，鈣鈦礦晶粒呈良好的取向排列。在大晶粒鈣鈦礦薄膜上制備空穴傳輸層或者電子傳輸層，獲得大晶粒鈣鈦礦薄膜光電材料。上述技術方案在使用噴涂法時并未解決薄膜表面粗糙度較大，晶粒尺寸較小且有大量的針孔的問題。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種噴涂制備鈣鈦礦薄膜的方法及鈣鈦礦薄膜，所述方法可避免連續噴涂造成晶粒垂直方向連續生長，而得到表面粗糙度較大、針孔較多的薄膜。

為達到上述技術效果，本發明采用以下技術方案：

本發明目的之一在于提供一種噴涂制備鈣鈦礦薄膜的方法，所述方法包括：

將含有鈣鈦礦的噴涂溶液噴涂至基板表面，其中至少采用兩種流量，以流量遞增的方式進行噴涂，得到鈣鈦礦薄膜前驅體，對所述鈣鈦礦薄膜前驅體進行熱壓處理得到所述鈣鈦礦薄膜。

作為本發明優選的技術方案，所述噴涂的流量為0.6～1.3mL/min，如0.6mL/min、0.7mL/min、0.8mL/min、0.9mL/min、1.0mL/min、1.1mL/min、1.2mL/min或1.3mL/min等，但并不僅限于列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

優選地，不同流速之間的流速差小于等于0.20mL/min，如0.01mL/min、0.02mL/min、0.05mL/min、0.10mL/min、0.12mL/min、0.15mL/min、0.18mL/min或0.20mL/min等，但并不僅限于列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

本發明中，不同流速間的流速差應控制在0.20mL/min以內，差值過大會導致之前噴涂的薄膜被完全溶解從而無法進行熱壓處理。