Способ получения тонких пленок диоксида олова


 


Владельцы патента RU 2446233:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ГОУ ВПО КубГУ) (RU)

Изобретение относится к области оптоэлектроники и может быть использовано при изготовлении дисплеев, светоизлучающих диодов, затворов полупроводниковых структур типа металл-диэлектрик-полупроводник и защитных покрытий. Способ включает приготовление раствора исходного компонента, нанесение раствора на подложку, сушку на воздухе при комнатной температуре с последующей термообработкой, при этом в качестве исходного компонента используют тетра(N,N-диалкилкарбамат)олова, термообработку осуществляют при температуре 250-300°С, а в качестве растворителя используют эфирный или спиртовой растворитель с концентрацией тетра(N,N-диалкилкарбамата)олова 0,1-15,0%. Технический результат: упрощение способа получения пленок диоксида олова. 2 з.п. ф-лы, 12 пр.

 

Изобретение относится к области оптоэлектроники и может быть использовано при изготовлении дисплеев, светоизлучающих диодов, затворов полупроводниковых структур типа металл-диэлектрик-полупроводник и защитных покрытий.

В настоящее время пленки диоксида олова широко используются при создании газовых сенсоров (заявка 1416268, ЕВП: МПК7 G01N 27/14. Industrial technology research Inst. Intelligent gas identification system and method thereof Y. Huang, I.Chen, С.Tai, W.Tsai. - №02024305.1; заявл. 01.10.2002; опубл. 06.05.2004), различных оптоэлектрических и люминисцентных устройств (патент №2073963 Рос. Федерация: МПК6 Н05В 33/10. Способ получения гибкого электролюминесцентного источника света / Куприянов В.Д., Степанова Н.А. - №5032947/25.; заявл. 10.03.1992; опубл. 20.02.1997), а также в качестве различных защитных покрытий (патент №2198959, Рос. Федерация: МПК7, С23С 30/00, B05D 5/08. Антиадгезионное покрытие. / Орловский гос. тех. университет. В.М.Игошин, С.И.Матюхин, К.Ю.Фроленков. - №2001105612/02: заявл. 27.02.2001; опубл. 20.02.2002).

Известны способы получения пленок диоксида олова методами напыления. Например, пленки In2O3:SnO2 (ITO) наносят электронно-лучевым испарением на полистирол при комнатной температуре с последующим отжигом при 150°С. Отжиг в озоне приводит к большему увеличению пропускания и проводимости, чем отжиг в чистом кислороде или на воздухе. (Mori N., Ooki S., Masubuchi N., Tanaka A., Kogoma M., Ito T. Effects of postannealing in ozone environment on opto-electrical properties of Sn - doped In2O3 thin films. / Thin Solid Films. 2002. 411, №1, c.6-11).

Известен способ получения пленок диоксида олова способом магнетронного распыления мишени из сплава индий-олово в среде аргона и кислорода, напыления оксидной пленки и ее отжиг в высоком вакууме при температуре 400°С в течение не менее 30 мин. Изобретение направлено на улучшение электрических характеристик пленок на основе оксидов индия-олова и уменьшение трудоемкости их изготовления (патент №2181389, Рос. Федерация: МПК7 С23С 14/08, С23С 14/56. Способ получения прозрачной электропроводящей пленки на основе оксидов индия и олова/ Омский научно-исследовательский институт приборостроения. В.Н.Зима. - №99114197/02: заявл. 29.06.1999: опубл.: 20.04.2002).

Однако данные методы требуют применения сложного специального оборудования для напыления, создания высокого вакуума для проведения процесса, а также специфических условий отжига.

Известен способ нанесения пленок диоксида олова на прозрачные гибкие стеклянные подложки, который осуществляют в следующей последовательности: приготовление водной среды, содержащей соль Sn(IV) или смесь солей Sn(IV) и Sb(V) (1); химическое восстановление добавлением к раствору соли KBH4 (2); промывка полученной суспензии методами ультра- и диафильтрования (3); нанесение слоя суспензии металла на подложке (4); окисление слоя нагреванием в кислородсодержащей атмосфере (заявка 1031642, ЕВП: МПК7 С23С 18/12. AGFA - GEVAERT N.V., Conductive metal oxide based layer/ Andriessen Hieronymus, Lezy Steven - №992005546: заявл. 26.02.1999; опубл. 30.08.2000).

Данный способ сложный, требует специальных условий окисления слоя, а также затруднительно равномерное нанесение суспензии металла в воде на подложку.

Известен способ получения пленок диоксида олова методом разбрызгивания. При низкой скорости осаждения и комнатной температуре получают прозрачные проводящие золь-гель покрытия SnO2:Sb из раствора SnCl2 в 1-пропаноле с 5 моль % SbCl3 и смесью 2-изопропоксиэтанола и 2-бутоксиэтанола в качестве добавок. Выбор растворителей и регулировка скорости осаждения являются необходимыми условиями для получения однородных, не содержащих дефектов типа «апельсиновой корки» пленок. Нанесенные на шероховатые и гладкие подложки размером 21*30 см2 покрытия SnO2:Sb имеют толщину до 120 нм, уд. сопротивление ≈2*10-2 Ом·см и коэффициент пропускания в видимом диапазоне выше 85% (J.Puetz, G.Gasparro, M.A.Aegerter. Liquid film spray deposition of transparent conducting oxide coatings / Thin Solid Films 2003, 442, №1-2, c.40-43).

Наличие трудноудаляемых ионов, не участвующих в структурообразовании пленок, а именно галогенид-ионов, приводит к появлению дефектов пленок и нарушению их целостности.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому является способ получения пленок диоксида олова из спиртовых растворов модифицированных алкоксидов олова, которые наносят на подложку, сушат и проводят термообработку при температуре 300-400°С. В качестве модификатора используют β-дикетоны, которые повышают гидролитическую устойчивость растворов алкоксидов олова (Martine Verdenelli, Stepan Parola, Liliane G.Hubert-Pfalzgraf, Sylvain Lecocq. Tin dioxide thin films from Sn(IV) modified alkoxides - synthesis and structural characterization of Sn(OEt)22-acac)2 and Sn43-O)22-OEt)4(OEt)62-acac)2. / Polyhedron. - 2000. - Vol.19. - p.2069-2075).

Применение данного способа затруднительно из-за сложностей получения исходных компонентов, а именно алкоксидов олова. Алкоксиды олова являются высококипящими, чрезвычайно легко гидролизующимися веществами. Их очистка возможна только перегонкой в высоком вакууме, что связано с определенными сложностями при промышленном применении, а именно, требует применения дорогостоящего вакуумного оборудования и инертоной атмосферы. Получение модифицированных алкоксидов олова протекает с низким выходом (19-26%). При нанесении на подложку модифицированных алкоксидов олова с последующей сушкой на воздухе алкоксигруппы отщепляются под действием влаги воздуха, а хелатные заместители (β-дикетоны) остаются в составе покрытия, поэтому требуется высокая температура отжига для полного их выжигания из состава покрытия.

Техническим результатом является разработка простого способа получения пленок диоксида олова.

Технический результат достигается тем, что в качестве исходного компонента для получения пленок диоксида олова используют раствор тетра(N,N-диалкилкарбамата)олова. Эти соединения легко гидролизуются с образованием легко летучих углекислого газа и вторичного амина, а полистанноновая кислота, образующаяся в процессе гидролиза, обезвоживаясь, образует диоксид олова по схеме:

R = алкил (Me, Et, i-Pr и т.д.).

Для получения пленок диоксида олова тетра(N,N-диалкилкарбамат)олова растворяют в спиртовом или эфирном растворителе в количестве 0,1-15%. Полученный раствор тетра(N,N-диалкилкарбамата)олова наносят на подложку, сушат при комнатной температуре. При этом происходит гидролиз и отщепление карбаматных групп, удаление растворителя и образование равномерной по толщине пленки гидроксида олова. Покрытие подвергают термообработке при температуре 250-300°С, получаем тонкие пленки от 0,1-1 мкм, прозрачные в видимой области. Добавление воды не менее эквимольного количества к раствору тетра(N,N-диалкилкарбамата)олова позволяет получать более равномерные пленки за счет протекания частичного предварительного гидролиза. Получаемые пленки диоксида олова могут быть донированы другими элементами (Sn2+, In3+, Sb5+ и др.) путем введения в раствор тетра(N,N-диалкилкарбамата)олова растворов солей данных элементов в количестве 0,1-30% от массы тетра(N,N-диалкилкарбамата)олова, что позволяет получить тонкие пленки диоксида олова с удельным сопротивлением 3,5-4 Ом·см. Экспериментальным путем было установлено, что введение растворов солей данных элементов в количестве менее 0,1% не оказывает влияния на значение электропроводности получаемых пленок, а, взяв их в количестве более 30%, получаемые пленки имеют дефекты структуры, снижающие качество пленок.

Пример 1. Навеску тетра(N,N-диэтилкарбамата)олова массой 0,1 г растворяют в 100 г монометилового эфира этиленгликоля. Полученный раствор наносят на стеклянную подложку, сушат на воздухе при комнатной температуре. Полученное покрытие подвергают термообработке при температуре 300°С в течение 30 мин. Получают равномерную пленку диоксида олова, имеющую оптическую прозрачность при длине волны 500 нм, равную 96%.

Пример 2. Навеску тетра(N,N-диэтилкарбамата)олова массой 1 г растворяют в 100 г монометилового эфира этиленгликоля. Полученный раствор наносят на стеклянную подложку, сушат на воздухе при комнатной температуре. Затем полученное покрытие подвергают термообработке при температуре 300°С в течение 30 мин. Получают равномерную пленку диоксида олова, толщиной 0,3 мкм, имеющую оптическую прозрачность при длине волны 500 нм, равную 94%.

Пример 3. Навеску тетра(N,N-диэтилкарбамата)олова массой 15 г растворяют в 100 г монометилового эфира этиленгликоля. Полученный раствор наносят на стеклянную подложку, сушат на воздухе при комнатной температуре. Полученное покрытие подвергают термообработке при температуре 300°С в течение 30 мин. Получают равномерную пленку диоксида олова, толщиной 1 мкм, имеющую оптическую прозрачность при длине волны 500 нм, равную 87%.

Пример 4. Навеску тетра(N,N-диэтилкарбамата)олова массой 1 г растворяют в 100 г монометилового эфира этиленгликоля. К полученному раствору добавляют 1 мл воды. Раствор выдерживают в течение 30 мин, наносят на стеклянную подложку и сушат на воздухе при комнатной температуре. Полученное покрытие подвергают термообработке при температуре 300°С в течение 30 мин. Получают равномерную пленку диоксида олова, толщиной 0,3 мкм, имеющую оптическую прозрачность при длине волны 500 нм, равную 92%.

Пример 5. Навеску тетра(N,N-диэтилкарбамата)олова массой 1 г растворяют в 100 г моноэтилового эфира этиленгликоля. К полученному раствору добавляют 0,1 мл воды. Раствор выдерживают в течение 30 мин, наносят на стеклянную подложку и сушат на воздухе при комнатной температуре. Полученное покрытие подвергают термообработке при температуре 250°С в течение 30 мин. Получают равномерную пленку диоксида олова, толщиной 0,3 мкм, имеющую оптическую прозрачность при длине волны 500 нм, равную 92%.

Пример 6. Навеску тетра(N,N-диэтилкарбамата)олова массой 1 г растворяют в 100 г диоксана. К полученному раствору добавляют 0,1 мл воды. Раствор выдерживают в течение 30 мин, а затем наносят на стеклянную подложку и сушат на воздухе при комнатной температуре. Полученное покрытие подвергают термообработке при температуре 250°С в течение 30 мин. Равномерная пленка диоксида олова, толщиной 0,3 мкм, имеет оптическую прозрачность при длине волны 500 нм, равную 95%.

Пример 7. Навеску тетра(N,N-диэтилкарбамата)олова массой 1 г растворяют в 100 г монометилового эфира этиленгликоля. К полученному раствору добавляют 1 мл 10% раствора нитрата индия (III). Раствор выдерживают в течение 30 мин, наносят на стеклянную подложку и сушат на воздухе при комнатной температуре. Полученное покрытие подвергают термообработке при температуре 300°С в течение 30 мин. Получают равномерную пленку диоксида олова, толщиной 0,4 мкм, имеющую оптическую прозрачность при длине волны 500 нм, равную 85%. Удельное сопротивление пленки составляет 4 Ом·см.

Пример 8. Навеску тетра(N,N-диэтилкарбамата)олова массой 1 г растворяют в 100 г монометилового эфира этиленгликоля. К полученному раствору добавляют 1 мл 10% раствора хлорида олова (II). Раствор выдерживают в течение 30 мин, наносят на стеклянную подложку и сушат на воздухе при комнатной температуре. Полученное покрытие подвергают термообработке при температуре 300°С в течение 60 мин. Получают равномерную пленку диоксида олова, толщиной 0,4 мкм, имеющую оптическую прозрачность при длине волны 500 нм, равную 90%. Удельное сопротивление пленки составляет 2 Ом·см.

Пример 9. Навеску тетра(N,N-диизопропилкарбамата)олова массой 2 г растворяют в 100 г монометилового эфира этиленгликоля. Полученный раствор наносят на стеклянную подложку, сушат на воздухе при комнатной температуре. Полученное покрытие подвергают термообработке при температуре 300°С в течение 30 мин. Получают равномерную пленку диоксида олова, толщиной 0,5 мкм, имеющую оптическую прозрачность при длине волны 500 нм, равную 94%.

Пример 10. Навеску тетраморфолилкарбамата олова массой 2 г растворяют в 100 г монометилового эфира этиленгликоля. К полученному раствору добавляют 0,1 мл воды. Раствор выдерживают в течение 30 мин, а затем наносят на стеклянную подложку и сушат на воздухе при комнатной температуре. Полученное покрытие подвергают термообработке при температуре 250°С в течение 30 мин. Получают равномерную пленку диоксида олова, толщиной 0,5 мкм, имеющую оптическую прозрачность при длине волны 500 нм, равную 91%.

Пример 11. Навеску тетра(N,N-диэтилкарбамата)олова массой 0,1 г растворяют в 100 г бутанола. Полученный раствор наносят на стеклянную подложку, сушат на воздухе при комнатной температуре. Полученное покрытие подвергают термообработке при температуре 300°С в течение 30 мин. Получают равномерную пленку диоксида олова, имеющую оптическую прозрачность при длине волны 500 нм, равную 93%.

Пример 12. Навеску тетра(N,N-диэтилкарбамата)олова массой 0,1 г растворяют в смеси 50 г бутанола и 50 г диоксана. Полученный раствор наносят на стеклянную подложку, сушат на воздухе при комнатной температуре. Полученное покрытие подвергают термообработке при температуре 300°С в течение 30 мин. Получают равномерную пленку диоксида олова, имеющую оптическую прозрачность при длине волны 500 нм, равную 93%.

1. Способ получения тонких пленок диоксида олова, включающий приготовление раствора исходного компонента, нанесение раствора на подложку, сушку на воздухе при комнатной температуре с последующей термообработкой, отличающийся тем, что в качестве исходного компонента используют тетра(N,N-диалкилкарбамат) олова, термообработку осуществляют при температуре 250-300°С, а в качестве растворителя используют эфирный или спиртовой растворитель с концентрацией тетра(N,N-диалкилкарбамата) олова 0,1-15,0%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в раствор тетра(N,N-диалкилкарбамата) олова в спиртовом или эфирном растворителе дополнительно вводят раствор соли электронодонорного или электороноакцепторного элемента, например, Sn2+, In3+, Sb5+, в количестве 0,1-30% от массы тетра(N,N-диалкилкарбамата) олова.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в раствор тетра(N,N-диалкилкарбамата) олова добавляют не менее эквимольного количества воды.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых приборов и интегральных микросхем и может быть использовано для получения металл-диэлектрик-полупроводник устройств.

Изобретение относится к области сверхпроводимости и может быть использовано при изготовлении высокотемпературных сверхпроводящих проводов и других сверхпроводников, которые могут найти применение в вычислительной технике, радиотехнике, энергетике.

Изобретение относится к области оптоэлектроники и может быть использовано при изготовлении дисплеев, светоизлучающих диодов и защитных покрытий

Изобретение относится к начальной стадии технологии осаждения алмазных пленок и может быть использовано для подготовки плоских подложек из различных материалов для дальнейшего осаждения на них однородных нанокристаллических алмазных пленок

Изобретение относится к технологии полупроводниковой микро- и наноэлектроники, а именно к золь-гель технологии получения сегнетоэлектрических тонких стронций-висмут-тантал-оксидных пленок на интегральных микросхемах, применяемых в частности в устройствах энергонезависимой памяти типа FRAM. Техническим результатом изобретения является обеспечение однородности изготавливаемой сегнетоэлектрической пленки, упрощение контроля над процессом приготовления золя и увеличение срока хранения исходного золя, снижение энергоемкости процесса и снижение его стоимости. В золь-гель способе формирования сегнетоэлектрической стронций-висмут-тантал-оксидной пленки готовят исходные растворы хлорида стронция, хлорида висмута и хлорида тантала. Каждый полученный раствор подвергают ультразвуковой обработке в течение 20-40 минут, выдерживают в течение суток при комнатной температуре и фильтруют. Смешивают растворы в один и выдерживают его в течение суток при комнатной температуре. Образуется пленкообразующий раствор, который наносят на подложку, сушат подложку с нанесенным пленкообразующим раствором при температуре 50-450°С и отжигают пленку в присутствии кислорода при температуре 700-800°С в течение 1-2 часов. В результате получают сегнетоэлектрическую стронций-висмут-тантал оксидную пленку. 5 ил.

Группа изобретений относится к композиции покрытия для металлических устройств, обеспечивающей защиту от коррозии, защитной пленке, полученной из указанной композиции покрытия, и применению такой композиции покрытия. Композиция покрытия содержит керамические частицы, содержащие, по меньшей мере, один ингибитор коррозии, по существу однородно распределенный в каждой частице. Указанный ингибитор коррозии является высвобождаемым в присутствии жидкости в результате солюбилизации в указанной жидкости. Композиция покрытия также характеризуется тем, что керамические частицы получены с использованием золь-гель способа для инкапсулирования ингибитора коррозии. Указанный золь-гель способ основан на гидролизе и конденсации соответствующих предшественников. Технический результат - контролируемое высвобождение ингибиторов коррозии с помощью использования керамических частиц для их инкапсулирования, включение указанных частиц в композиции покрытия для покрытия металлических поверхностей. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил., 13 пр.
Изобретение относится к нанесению покрытий на металлические поверхности, особенно на поверхности колесных дисков из алюминиевого сплава многостадийным методом. Металлические поверхности сначала контактируют с водной композицией, содержащей значительное количество силана/силанола/силоксана/полисилоксана, с образованием силанового покрытия, а затем с водной композицией, преимущественно содержащей по меньшей мере одно фосфоновое соединение. По меньшей мере 80% фосфоновых соединений в упомянутой композиции выбраны из группы, включающей соединения формулы XYZ, причем Y независимо друг от друга означают алкильную группу с 8-16 атомами углерода. В способе последовательно формируют силановое покрытие, а затем фосфонатное покрытие, снабжаемое по меньшей мере одним лаковым слоем или/и по меньшей мере одним клеевым слоем. Изобретение обеспечивает получение из экологически безопасных водных композиций покрытий с высокой коррозионной стойкостью. 2 н. и 28 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к получению содержащих оксид металла слоев из неводного раствора. Способ жидкофазного получения содержащих оксид металла слоев из неводного раствора включает нанесение на подложку безводной композиции, содержащую i) по меньшей мере один оксоалкоксид металла общей формулы MxOy(OR)z[O(R'O)cH]aXb[R”OH]d, в которой x означает число от 3 до 25, y означает число от 1 до 10, z означает число от 3 до 50, а означает число от 0 до 25, b означает число от 0 до 20, с означает число от 0 до 1, d означает число от 0 до 25, М означает индий, галлий, олово и/или цинк, R, R' и R” соответственно означают органический остаток, Х означает фтор, хлор, бром, йод, и ii) по меньшей мере один растворитель. При необходимости нанесенную композицию сушат и превращают в содержащий оксид металла слой. Изобретение позволяет получить слои оксида металла с целенаправленной, единообразной и воспроизводимой стехиометрией, высокой однородностью и оптимальными электрическими рабочими характеристиками. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к способу изготовления многослойного покрытия, образующего тепловой барьер, на металлической подложке из жаропрочного сплава и содержащего, по меньшей мере, один металлический подслой (13) и слой (14) керамики на основе диоксида циркония, стабилизированного иттрием и представляющего столбчатую структуру, определяющую поры. В способе при помощи метода золь-гель осуществляют пропитку, по меньшей мере, части пор упомянутого керамического слоя (14) золем диоксида циркония для формирования подслоя (22) закрепления для защитного слоя, формируют на упомянутом слое (14) керамики, поверх которого располагается упомянутый подслой (22) закрепления, при помощи метода золь-гель сплошной защитный слой (20) на основе оксида, используя золь, содержащий предшественники упомянутого оксида, и путем термической обработки формируют наружный защитный слой, противодействующий воздействию материалов, образованных в основном оксидами кальция, магния, алюминия и кремния, на упомянутый тепловой барьер. Изобретение обеспечивает получение защитного теплового барьера со структурой, препятствующей или задерживающей его разрушение или нормальное функционирование, а также позволяет существенно увеличить продолжительность срока службы системы, образующей тепловой барьер. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к получению содержащих оксид индия слоев из безводного раствора. В способе безводную композицию, содержащую по меньшей мере один индий-галоген-алкоксид общей формулы InX(OR)2, в которой R=алкильный и/или алкоксиалкильный остаток и X=F, Cl, Br или I, и по меньшей мере один растворитель или дисперсионную среду, в определенной последовательности в безводной атмосфере наносят на подложку, облучают нанесенную на подложку композицию электромагнитным излучением с длиной волны ≤360 нм и при необходимости сушат и затем термически преобразуют в слой, содержащий оксид индия. Предложенный способ получения содержащих оксид индия слоев пригоден для получения тонких структур, при этом не требует высоких плотностей потока энергии в течение более длительного времени и аппаратно мало затратный. Изобретение обеспечивает образование упомянутых слоев с лучшими электрическими свойствами. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 пр.

Изобретение относится к галогенсодержащему оксоалкоксиду индия общей формулы In6O2X6(OR)6(R′CH(O)COOR″)2(HOR)x(HNR″′2)y, в которой X означает фтор, хлор, бром и/или йод, R означает алкил с 1-15 атомами углерода, R′ означает алкил с 1-15 атомами углерода, R″ означает алкил с 1-15 атомами углерода, R″′ означает алкил с 1-15 атомами углерода, x означает число от 1 до 10 и y означает число от 1 до 10. Также предложены способ получения оксоалкоксидов индия и их применение. Изобретение позволяет получить оксоалкоксид индия, который используется для формирования содержащих оксид индия слоев, обладающих улучшенными электрическими рабочими характеристиками. 5 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится к галогенсодержащему оксоалкоксиду индия общей формулы In7O2(OH)(OR)12X4(ROH)x, в которой R означает алкил с 1-15 атомами углерода, Х означает фтор, хлор, бром, йод и х означает число от 0 до 10. Также предложены способ получения галогенсодержащего оксоалкоксида индия и его применение. Изобретение позволяет получить соединения индия, которые можно использовать для формирования содержащих оксид индия слоев, обладающих улучшенными электрическими рабочими характеристиками. 5 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.
Наверх