Sb2O3薄膜材料及基于溶胶-凝胶法制备Sb2O3薄膜材料的方法和应用技术

本发明专利技术提供Sb2O3薄膜材料及基于溶胶

Sb2O3 thin film material and its preparation method and application based on sol-gel method

【技术实现步骤摘要】
Sb2O3薄膜材料及基于溶胶
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凝胶法制备Sb2O3薄膜材料的方法和应用


[0001]本专利技术涉及电子材料与器件领域，具体涉及Sb2O3薄膜材料及基于溶胶
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凝胶法制备Sb2O3薄膜材料的方法。

技术介绍

[0002]二维(2D)半导体是未来场效应晶体管(FETs)的一种潜在的通道材料，具有高迁移率和栅极可控性。二维材料具有原子级的厚度和优异的光电性能，在下一代光电子器件领域具有广阔的应用前景。然而，将二维材料与传统介电材料进行器件集成时，介电材料表面的悬挂键和无序态会严重影响二维材料的性质，使得器件性能远逊于二维材料的本征性能。
[0003]前人利用无机分子晶体表面无悬挂键的结构特点，使用热蒸发沉积技术制备出的晶圆级介电薄膜表面无悬挂键，具有更少的载流子散射源和陷阱态，将其作为介电层与二维半导体构筑而成的场效应晶体管具有更高的迁移率和工作稳定性。蒸镀的Sb2O3分子在二维材料表面可形成超薄的致密薄膜，可作为场效应晶体管的顶栅介电层，大幅提高栅极电容，展现出优异的栅控性能，晶体管的操作电压和功耗也都得到明显降低，为二维材料应用于低功耗电子器件打下了基础。但蒸镀工艺不容易控制厚度、不适应大规模的生产、膜层易脱落。针对于此，本专利技术使用溶胶
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凝胶法合成Sb2O3薄膜，制备出不仅纯度高、致密性好，而且平均晶粒尺寸小、电子迁移率高等优点的薄膜，可应用于低功耗电子器件。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：针对上述存在的问题，提供Sb2O3薄膜材料及基于溶胶
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凝胶法制备Sb2O3薄膜材料的方法，本专利技术通过溶胶凝胶合成法在陶瓷基底上面制备出Sb2O3的薄膜材料，可应用于低功耗电子器件，本专利技术的工艺简单，适合大规模的生产。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]基于溶胶
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凝胶法制备Sb2O3薄膜材料的方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]1)制备Sb2O3前驱体溶液；
[0008]2)将步骤1)得到的Sb2O3前驱体溶液旋涂在衬底上面，得到湿膜；
[0009]3)将步骤2)旋涂完制得的湿膜首先在80
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120℃下蒸干10
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15min，然后在300
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400℃下热处理5
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15min，取出冷却至室温，得到一层未完全晶化的Sb2O3薄膜；
[0010]4)重复步骤2)和步骤3)多次，得到多层未完全晶化的Sb2O3薄膜；
[0011]5)将步骤4)得到的未晶化的Sb2O3薄膜在450
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600℃于空气氛围中晶化0.5
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2h，得到完全晶化的Sb2O3薄膜。
[0012]本专利技术中，优选地，所述Sb2O3前驱体溶液的制备方法为，将C6H9O6Sb或N3O9Sb原料溶解在100
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120℃、冰醋酸和去离子水的体积比为1:1的混合液体中，混合搅拌20
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40min，并放置20
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30h，得到Sb2O3前驱体溶液；所述Sb2O3前驱体溶液浓度为0.3mol/L。
[0013]本专利技术中，优选地，步骤2)所述旋涂以1500r/min的转速旋涂30
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40s。
[0014]本专利技术中，优选地，步骤4)制得15层未完全晶化的Sb2O3薄膜。
[0015]本专利技术制备得到的Sb2O3薄膜可以应用于场晶体管的顶栅介电层。
[0016]由于采用上述技术方案，本专利技术的有益效果为：
[0017]本专利技术以C6H9O6Sb、N3O9Sb为原料制备前驱体，通过溶胶凝胶合成法在陶瓷基底上面制备出Sb2O3的薄膜材料，该薄膜材料具有纯度高、致密性好、平均晶粒尺寸小的优点。由于Sb2O3分子晶体薄膜没有悬空键，并且电荷散射中心和电荷陷阱很少，可实现较高的电子迁移率，可将其作为场晶体管的顶栅介电层。相比蒸镀的方法，本专利技术的方法方便控制薄膜厚度、可以适应大规模的生产、膜层与基底附着力大不易脱落。
附图说明
[0018]图1为Sb2O3薄膜的XRD图谱；
[0019]图2为Sb2O3薄膜的扫描电镜图；
[0020]图3为Sb2O3薄膜的电子迁移率与温度关系图；
[0021]图4为Sb2O3薄膜介电常数与频率关系图；
[0022]图5为本专利技术Sb2O3薄膜应用于场效应晶体管的示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合具体实施例，对本专利技术作进一步详细的阐述，但本专利技术的实施方式并不局限于实施例表示的范围。这些实施例仅用于说明本专利技术，而非用于限制本专利技术的范围。此外，在阅读本专利技术的内容后，本领域的技术人员可以对本专利技术作各种修改，这些等价变化同样落于本专利技术所附权利要求书所限定的范围。
[0024]一、制备实施例
[0025]实施例1
[0026]基于溶胶
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凝胶法制备Sb2O3薄膜材料的方法，所述方法包括以下步骤：
[0027]1)制备Sb2O3前驱体溶液，将C6H9O6Sb原料溶解在100℃、冰醋酸和去离子水的体积比为1:1的混合液体中，混合搅拌40min，并放置20h，得到Sb2O3前驱体溶液；所述Sb2O3前驱体溶液浓度为0.3mol/L；
[0028]2)将步骤1)得到的Sb2O3前驱体溶液以1500r/min的转速旋涂30s在衬底上面，得到湿膜；
[0029]3)将步骤2)旋涂完制得的湿膜首先在90℃下蒸干15min，然后在400℃下热处理18min，取出冷却至室温，得到一层未完全晶化的Sb2O3薄膜；
[0030]4)重复步骤2)和步骤3)多次，得到15层未完全晶化的Sb2O3薄膜；
[0031]5)将步骤4)得到的未晶化的Sb2O3薄膜在500℃于空气氛围中晶化60min，得到完全晶化的Sb2O3薄膜。
[0032]实施例2
[0033]基于溶胶
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凝胶法制备Sb2O3薄膜材料的方法，所述方法包括以下步骤：
[0034]1)制备Sb2O3前驱体溶液，将N3O9Sb原料溶解在110℃、冰醋酸和去离子水的体积比为1:1的混合液体中，混合搅拌30min，并放置25h，得到Sb2O3前驱体溶液；所述Sb2O3前驱体
溶液浓度为0.3mol/L；
[0035]2)将步骤1)得到的Sb2O3前驱体溶液以1500r/min的转速旋涂35s在衬底上面，得到湿膜；
[0036]3)将步骤2)旋涂完制得的湿膜首先在95℃下蒸干12min，然后在450℃下热处理15min，取出冷却至室温，得到一层未完全晶化的Sb2O3薄膜；
[0037]4)重复步骤2)和步骤3)多次，得到12层未完全晶化的Sb2O3薄膜；
[0038]5)将步骤4)得到的未晶化的Sb2O3薄膜在520℃于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于溶胶
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凝胶法制备Sb2O3薄膜材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)制备Sb2O3前驱体溶液；2)将步骤1)得到的Sb2O3前驱体溶液旋涂在衬底上面，得到湿膜；3)将步骤2)旋涂完制得的湿膜首先在80
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120℃下蒸干10
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15min，然后在300
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400℃下热处理5
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15min，取出冷却至室温，得到一层未完全晶化的Sb2O3薄膜；4)重复步骤2)和步骤3)多次，得到多层未完全晶化的Sb2O3薄膜；5)将步骤4)得到的未晶化的Sb2O3薄膜在450
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600℃于空气氛围中晶化0.5
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2h，得到完全晶化的Sb2O3薄膜。2.根据权利要求1所述的基于溶胶
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凝胶法制备Sb2O3薄膜材料的方法，其特征在于，所述Sb2O3前驱体溶液的制备方法为，将C6H9O6Sb或N3O9Sb原料...

【专利技术属性】
技术研发人员：李欣芮，何秋蔚，赵雨杰，陈雪，彭彪林，刘来君，
申请(专利权)人：南京卡巴卡电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：