專利名稱：一種制備鋁、鈷共摻氧化鋅薄膜的方法
—種制備紹、鈷共摻氧化鋅薄膜的方法技術領域
本發明屬于半導體材料生長領域，涉及采用溶膠凝膠方法制備鋁、鈷共摻氧化鋅薄膜。
背景技術：
近年來凝聚態系統中的自旋動力學行為以及自旋量子器件的應用研究是當前凝聚態物理、信息科學及新材料等諸多學科領域共同關注的熱點之一，目前已逐漸發展成為一個嶄新的領域一自旋電子學。由于其在自旋量子計算機、自旋晶體管以及自旋記憶裝置等多種未來新型的基于自旋特征的量子器件上的潛在應用價值，因而近年來倍受科學界和電子工業界的關注。在自旋電子器件研究系統中，鐵磁性半導體被認為是下一代利用電子的自旋自由度制作微電子器件的主要材料。其中最受矚目的是稀磁(或半磁)半導體，其作法是將過渡金屬替代材料中的金屬離子，使其產生自發的磁矩。
ZnO是一種寬禁帶、·直接帶隙I1-VI半導體材料，具有寬的帶隙能量(3.37eV)及較大的激子束縛能(60meV)，是一種具有很大潛在應用價值的紫外半導體光電器件材料。
目前，國內外報道的有關Al、Co共摻雜ZnO材料的制備技術主要采用分子束外延(MBE),磁控濺射以及脈沖氣相沉積等方法，這些技術主要存在的問題是操作復雜，成本高，實驗設計不靈活，制備周期長等。發明內容
為了解決上述背景技術中由于操作復雜，成本高，實驗設計不靈活，制備周期長等問題。我們采用溶膠凝膠方法。本發明的目的是提供了利用溶膠凝膠方法生長Al、Co共摻雜ZnO稀磁半導體薄膜的制備方法。
為了更清楚地理解本發明，下面詳述Al、Co共摻雜ZnO稀磁半導體薄膜的制備過程。
(a) Zn (NO3) 2.6H20, Al (NO3) 3.9H20, Co (NO3)2.6H20 和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)原料，以無水乙醇為溶劑，按一定比例配置成溶膠。使得Co2+濃度保持在0.001 0.002mol/1，調節Al離子的濃度為0.001 0.003mol/l。
(b)經步驟(a)所配成的溶膠在2000轉/分鐘的轉速下在清洗過的襯底上旋涂成膜，把所得薄膜放入100°c的烘箱中lOmin，以除去有機溶劑。
(c)然后把經步驟(b)的薄膜在300°C 400°C下氧氣氣氛中熱處理20min，除去薄膜中的有機成分。上述過程可以重復3 12次，以得到需要的厚度。
(d)最后經過步驟(C)的薄膜在700°C 900°C的高溫晶化lh，得到所需樣品。
本發明具備以下優點:制品的均勻性好，尤其是多組分體系，其均勻度可以達到分子或原子尺度；制品的純度高，由于可使用高純度原料，而且溶劑在處理工程中易被除去；方法簡單，易于制備大面積的薄膜；反應過程及凝膠的微觀結構都易于控制，大大減少支反應；所選擇的材料體系新，是國際上研究的熱點；可以靈活設計及實現鋁、鈷共摻氧化鋅薄膜生長；不僅適合于科學研究，而且適合于大規模工業生產。
具體實施方式
實施例1 用溶膠凝膠方法制備鋁、鈷共摻氧化鋅薄膜。
首先以Ζη(Ν03)2.6Η20, Al (NO3) 3.9Η20, Co (NO3)2.6Η20 和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為原料，以無水乙醇為溶劑，按一定比例配置成溶膠。使得Co2+濃度保持在0.001 mol/1,調節Al離子的濃度為0.0015mol/l,然后在2000轉/分鐘的轉速下在清洗過的襯底上旋涂成膜，把所得薄膜放入100°C的烘箱中lOmin，以除去有機溶劑，并在300°C下氧氣氣氛中熱處理20min，除去薄膜中的有機成分。上述過程可以重復多次，以得到需要的厚度，最后在700°C的高溫晶化lh，得到所需樣品。
生長樣品的X-射線衍射(XRD)譜表明:所有的衍射峰都屬于六角纖鋅礦ZnO結構，摻雜并沒有引起明顯的結構變化；樣品的X —射線光電子能譜(XPS)表明Co離子是呈+2價的，Al離子是呈+3價的。
實施例2 用溶膠凝膠方法制備鋁、鈷共摻氧化鋅薄膜。
本實施例其它條件同實施例1，只是將Co2+濃度保持在0.002 mol/Ι，調節Al離子的濃度為0.002 mol/Ι，最后在800°C的高溫晶化lh，得到所需樣品。得到的樣品導電類型為η型，并沒有產生分相。
實施例3 用溶膠凝膠方法制備鋁、鈷共摻氧化鋅薄膜。
本實施例其它條件同實施例1，只是將Co2+濃度保持在0.002 mol/Ι，調節Al離子的濃度為0.003 mol/Ι，最后在900°C的高溫晶化lh，得到所需樣品。得到的樣品導電類型為η型，并沒有產生分相。
實施例4 用溶膠凝膠方法制備鋁、鈷共摻氧化鋅薄膜。
本實施例其它條件同實施例3，只是在400°C下氧氣氣氛中熱處理20min，除去薄膜中的有機成分得到所 需樣品。得到的樣品導電類型為η型，并沒有產生分相。
權利要求
1.一種制備鋁、鈷共摻氧化鋅薄膜的方法，其特征在于由以下工藝步驟實現:(a)以Zn(NO3)2.6H20, Al (NO3)3.9H20, Co (NO3)2.6H20 和聚乙烯吡咯烷酮為原料，以無水乙醇為溶劑，按一定比例配置成溶膠，使得Co2+濃度保持在0.001 0.002 mol/1,調節Cu2+離子的濃度為0.001 0.003mol/l ； (b)經步驟(a)所配成的溶膠在2000轉/分鐘的轉速下在清洗過的襯底上旋涂成膜，把所得薄膜放入100°C的烘箱中lOmin，以除去有機溶劑； (c)然后把經步驟(b)的薄膜在300°C 400°C下氧氣氣氛中熱處理20min，除去薄膜中的有機成分，重復3 12次，以得到需要的厚度； (d)最后經過步驟(c)的薄膜在700°C 900°C的高溫晶化lh，得到所需樣品。
全文摘要
本發明屬于ZnO基稀磁半導體的制備領域，主要內容為用溶膠凝膠方法制備鋁、鈷共摻氧化鋅薄膜。首先用Zn(NO3)2·6H2O,Al(NO3)3·9H2O,Co(NO3)2·6H2O和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)原料，以無水乙醇為溶劑，按一定比例配置成溶膠。使得Co2＋濃度保持在0.001～0.002mol/l，調節Al離子的濃度分別為0.001～0.003mol/l；所配成的溶膠在2000轉/分的轉速下在清洗過的襯底上旋涂成膜，把所得薄膜放入100℃的烘箱中10min，以除去有機溶劑；然后把薄膜在300℃～400℃下氧氣氣氛中熱處理20min，除去薄膜中的有機成分。上述過程可以重復3～12次，以得到需要的厚度；最后薄膜在700℃～900℃的高溫晶化1h，即可實現用溶膠凝膠方法制備鋁、鈷共摻氧化鋅薄膜。此種方法制品的均勻性好，制品的純度高，方法簡單，可以靈活設計及實現鋁、鈷共摻氧化鋅薄膜生長；不僅適合于科學研究，而且適合于大規模工業生產。
文檔編號C23C18/12GK103147073SQ201310092130
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月22日 優先權日2013年3月22日
發明者曹萍 申請人:長春工程學院