低电阻层状结构正交相MoO3-x薄膜的制备方法技术

一种低电阻层状结构正交相MoO3‑x薄膜的制备方法，包括如下步骤：步骤1：利用真空蒸发法在衬底上形成薄膜；步骤2：将所述薄膜在大气气氛中进行第一步热处理；以及步骤3：将所述薄膜在氮气气氛中进行第二步热处理，完成制备。本发明专利技术具有制造工艺简便等优点；该方法是采用真空蒸发法制膜并加以两步热处理，可以获得既具有层状结构又具有较低电阻率的α‑MoO3‑x薄膜材料；该材料可广泛地应用于双电层电容器、锂离子电池、有机光电二极管、薄膜太阳能电池等光电子器件。

【技术实现步骤摘要】
低电阻层状结构正交相MoO3-x薄膜的制备方法
本专利技术属于电子
，涉及一种可应用于双电层电容器、锂离子电池、有机光电二极管、薄膜太阳能电池等光电子器件的低电阻层状结构正交相MoO3-x薄膜材料的制备方法。
技术介绍
氧化钼(MoO3)由于具有大约3eV的禁带宽度，大约6.86eV的功函数和大约9.68eV的电离能，在润滑剂、电致变色系统、电池电极、催化剂、传感器和光电子器件等领域有着广泛的应用。正交相MoO3(α-MoO3)薄膜材料具有包含MoO6正八面体层状结构、被认为是锂离子电池电极和有机光电二极管和薄膜太阳能电池的空穴输运层的理想材料。但是，具有化学计量比的MoO3薄膜通常具有高达106-1010Ω·cm的电阻率，会导致器件串联电阻的增加而劣化器件性能，从而限制了α-MoO3薄膜材料在光电子器件等领域的应用。非化学计量比的α-MoO3-x薄膜材料，既可保持层状结构又可通过氧缺失而形成较低的电阻率，具有广阔的应用前景。目前国内外很少有关于低电阻层状结构α-MoO3-x薄膜材料的相关研究报道。
技术实现思路
为了降低α-MoO3薄膜材料的电阻率而实现其在光电子器件等领域的广泛应用，本专利技术提供一种可行的低电阻层状结构α-MoO3-x薄膜材料的制备方法，具有制造工艺简便等优点；该方法是采用真空蒸发法制膜并加以两步热处理，可以获得既具有层状结构又具有较低电阻率的α-MoO3-x薄膜材料；该材料可广泛地应用于双电层电容器、锂离子电池、有机光电二极管、薄膜太阳能电池等光电子器件。本专利技术提供一种低电阻层状结构正交相MoO3-x薄膜的制备方法，包括如下步骤：步骤1：利用真空蒸发法在衬底上形成薄膜；步骤2：将所述薄膜在大气气氛中进行第一步热处理；以及步骤3：将所述薄膜在氮气气氛中进行第二步热处理，完成制备。本专利技术的有益效果是通过一种简易的方法形成一种贫氧的α-MoO3-x薄膜材料，保留了具有化学计量比α-MoO3的层状正交结构，可形成一种具有理论容量高达279mAh·g-1(即1005C·g-1)的层状化合物，可被应用于制造高容量的电容器和锂离子电池；同时，通过氧空位的引入增大了α-MoO3层状结构的层间距，促进了电荷快速存储的动力学过程，从而缩短电容器和锂离子电池的充电时间和提高电容器的循环寿命；更重要的是，通过氧空位的引入显著降低了薄膜的电阻率，可降低器件的串联电阻，从而提升器件的性能，拓宽在有机光电二极管和薄膜太阳能电池等光电子器件中的应用。附图说明为进一步详细说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：图1为本专利技术α-MoO3-x薄膜的制备方法的流程图。图2为本专利技术实施例1中制备的MoO3-x薄膜在经过第一步不同温度的大气气氛热处理后的(a)GIXRD图谱(b)折射率指数光谱和(c)FT-IR光谱。图2(a)中α-MoO3的谱线为来自参考文献中的X射线衍射图谱；图3为本专利技术实施例1中经过二步热处理之后MoO3-x薄膜的霍尔测试结果。该图中样品受到第一步大气气氛热处理(350℃保温5min)，继而受到第二步具有不同保温时间的N2气氛热处理(400℃保温5min，15min或60min)；图4为本专利技术实施例1中经过二步热处理之后MoO3-x薄膜的(a)GIXRD图谱(b)Raman光谱和(c)FT-IR光谱。该图中样品受到第一步大气气氛热处理(350℃保温5min)，继而受到第二步具有不同保温时间的N2气氛热处理(400℃保温5min或60min)；图5为本专利技术实施例1中经过不同热处理之后的MoO3-x薄膜的透射光谱；图6为本专利技术实施例1中(a)未经过热处理(b)经过350℃保温5min大气气氛热处理和(c)经过第一步大气气氛热处理(350℃保温5min)，继而经过第二步N2气氛热处理(400℃保温15min)的MoO3-x薄膜的表面SEM微观图片；图7为本专利技术实施例2中在ITO衬底上真空蒸发淀积的MoO3-x薄膜在经过大气气氛热处理前后的GIXRD图谱。具体实施方式请参阅图1所示，本专利技术提供一种低电阻层状结构α-MoO3-x薄膜的制备方法，包括如下步骤：步骤1：利用真空蒸发法在衬底上形成薄膜，所述衬底的材料为玻璃或氧化铟锡(ITO)，所述真空蒸发法的真空蒸发器的真空度为4.1-4.5×10-4Pa，所述施加在真空蒸发器的钨舟两端的电压为14-16V，所述真空蒸发生长在衬底上薄膜的厚度为28-32nm，生长28-32nm厚度的原材料MoO3粉末的重量为0.0060-0.0080g，所述薄膜生长速率为0.08-0.12nm/s；步骤2：将所述薄膜在大气气氛中进行第一步热处理，第一步热处理，是将薄膜放入一红外线灯加热炉中，以2.4℃/s的加热速率加热到350℃-400℃保温5min，然后薄膜随加热炉自然冷却；以及步骤3：将所述薄膜在氮气(N2)气氛中进行第二步热处理，第二步热处理是将薄膜放置在导入N2的红外线灯加热炉中，以2.4℃/s的加热速率加热到400℃保温5-60min，然后薄膜随加热炉自然冷却；其中，所述N2导入加热炉中的流速大约为0.9-1.1L/min，完成制备。其中通过利用第一步350℃保温5min大气气氛热处理和第二步400℃保温15minN2气氛热处理获得的氧缺失的α-MoO3-x薄膜具有大约5.4Ω·cm的电阻率、层状的微观结构和可调谐的折射率系数，可广泛地应用于双电层电容器、锂离子电池、有机光电二极管和薄膜太阳能电池等光电子器件。该种α-MoO3-x薄膜材料保留了具有化学计量比的α-MoO3材料的层状正交结构，可形成一种具有理论容量高达279mAh·g-1(即1005C·g-1)的层状化合物，可被应用于制造高容量的电容器和锂离子电池。与传统的材料和具有化学计量比的α-MoO3材料相比，当被应用于双电层电容器时，该种α-MoO3-x薄膜材料通过氧空位的引入增大了α-MoO3层状结构的层间距，可促进电荷快速存储的动力学过程，从而缩短电容器的充电时间和提高电容器的循环寿命；同时，该种α-MoO3-x薄膜材料可提高双电层电容器的能量密度，从而实现在电动车、无轨电车、坦克车、装甲车以及规模储能等领域的应用；当被应用于锂离子电池负极材料时，该种α-MoO3-x薄膜材料可提高离子扩散速率和减缓锂离子嵌入/脱嵌过程中体积的变化，从而缩短电池的充电时间和提高电池的循环寿命；当作为载流子输运层被应用于有机光电二极管和薄膜太阳能电池等光电子器件时，可有效降低器件的串联电阻，从而提升器件的性能。请再参阅图1所示，本专利技术提供的低电阻层状结构α-MoO3-x薄膜的制备方法：实施例1步骤1：真空蒸发法制膜a.衬底清洗。将CorningEagleXG玻璃和单晶硅(100)衬底分别在酒精、丙酮和酒精中超声清洗各10分钟。用干燥的N2吹干。b.称取原材料。使用电子天平在药包纸上面称取0.0060-0.0080gMoO3粉末并将其倒入钨舟内。c.薄膜淀积1.将玻璃和硅衬底放置于高真空蒸发装置(SanvacRD-1250R)内。抽真空至4.1-4.5×10-4Pa。2.缓慢增加钨舟两端电压至大约14-16V，观察当钨舟变红时，打开遮板，同时开始计时，以0.08-0.12nm/s的生长速率淀积薄膜。3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低电阻层状结构正交相MoO3‑x薄膜的制备方法，包括如下步骤：步骤1：利用真空蒸发法在衬底上形成薄膜；步骤2：将所述薄膜在大气气氛中进行第一步热处理；以及步骤3：将所述薄膜在氮气气氛中进行第二步热处理，完成制备。

【技术特征摘要】
1.一种低电阻层状结构正交相MoO3-x薄膜的制备方法，包括如下步骤：步骤1：利用真空蒸发法在衬底上形成薄膜；步骤2：将所述薄膜在大气气氛中进行第一步热处理；以及步骤3：将所述薄膜在氮气气氛中进行第二步热处理，完成制备。2.根据权利要求1所述的低电阻层状结构正交相MoO3-x薄膜的制备方法，其中，所述衬底的材料为玻璃或氧化铟锡。3.根据权利要求1所述的低电阻层状结构正交相MoO3-x薄膜的制备方法，其中，所述真空蒸发法的真空蒸发器的真空度为4.1-4.5×10-4Pa。4.根据权利要求1所述的低电阻层状结构正交相MoO3-x薄膜的制备方法，其中，所述施加在真空蒸发器的钨舟两端的电压为14-16V。5.根据权利要求1所述的低电阻层状结构正交相MoO3-x薄膜的制备方法，其中，所述真空蒸发生长在衬底上薄膜的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟磊，杨涛，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11