[发明专利]一种TiZn合金膜及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种TiZn合金膜及其制备方法和用途。所述TiZn合金膜包括纳米柱结构。所述TiZn合金膜的制备方法包括：在介质膜上制备所述TiZn合金膜，即诱导法制备所述合金膜。所述介质膜晶格常数某一方向与合金材料中某一材料一个方向上晶格常数相近。本发明还提供了一种以所述TiZn合金膜为原料制备得到的掺钛氧化锌膜，所述掺钛氧化锌膜的制备方法包括：将所述TiZn合金膜在氧化性气氛中加热退火，得到所述掺钛氧化锌膜。掺钛氧化锌膜用于光学应用。本发明制备TiZn合金膜的方法为纯物理方法，零污染、低成本、可重复，且可以灵活地调整TiZn合金膜中Ti和Zn的原子比例和纳米柱结构的大小及高度。

技术领域

本发明属于功能薄膜制备技术领域，具体涉及一种TiZn合金膜及其制备方法和用途。

背景技术

具有超小间距的纳米柱阵列的材料由于其具有独特的性质/性能，具有广泛的用途，因而备受关注。研究发现，金属纳米阵列因具有纳米尺度的间距，局域电场产生强烈的耦合，可用作制备现了纳米激光器以及作为表面增强拉曼衬底，提高生化分子探测的灵敏度。目前纳米柱的制备主要集中在模板法、刻蚀法、自组装和水热法(种子层)等。

氧化锌作为一种宽能带半导体材料，在室温下其禁带宽度为3.37ev，具有禁带宽、激子束缚能高、无毒、原料易得、成本低等优点，且具有优良的光电特性，在光电器件、透明导电膜、表面声波器件有着广泛的应用。氧化锌具有大的禁带宽度，尽管薄膜中自补偿由Zn作为施主提供电子，但对于理想化学配比的ZnO来说应该是绝缘体而半导体。因此适当掺杂对ZnO带宽进行调整，拓宽应用范围。

目前，实现ZnO的n型掺杂比较容易，可选择施主元素也较多，如Ⅲ族、Ⅳ族、Ⅶ族元素，最常用且得到充分验证的是Al、Ga、In掺杂。而对于Ti掺杂，由于Ti⁴⁺比Zn²⁺价态高，且Ti⁴⁺离子半径0.068nm小于Zn²⁺离子半径0.074nm，如果Ti⁴⁺离子能够成功进入氧化锌晶格替代Zn²⁺离子，能够提供更多的自由电子，导致薄膜中载流子浓度增加，有效降低薄膜电阻率。研究表明：掺杂比例对TZO(ZnO:Ti)薄膜结构和光学性能产生显著影响，TZO(ZnO：Ti)薄膜紫外-可见光波段都有较高的透过率且随着掺杂比例的增加薄膜样品的截止频率增大，薄膜电导率呈现先变小后变大的趋势。另外，有报道指出利用直流反应磁控溅射制备的TiO-ZnO薄膜的工艺参数对光催化性能也可以产生较大的影响，掺钛氧化锌可以增强光催化活性。而采用磁控反应共溅射方法制备不同含量Ti-Zn-O薄膜，并讨论了不同Ti含量对于薄膜光学性能的影响，发现随着Ti原子含量增大光学带隙可以从2.97增加到3.78，显著改变其带隙宽度。因此，对掺钛氧化锌的研究越来越受到重视，目前制备方法主要为磁控溅射法。

当下，TiZn合金膜产品和掺钛氧化锌膜产品绝大多数都是普通平面膜。例如CN103173726A和CN102352484A制备的掺钛氧化锌透明导电薄膜，就是普通的平面膜，但是目前对于特殊形貌的TiZn合金膜产品和掺钛氧化锌膜产品的研究非常少，而TiZn合金膜产品和掺钛氧化锌膜产品的特殊形貌可能会对其应用产生很大帮助。CN107344730A提供一种氧化锌纳米柱阵列的制备方法，该方法利用目前工艺成熟的微电子加工技术，在带有纳米阵列图案的GaN模板上，以Zn(NO₃)₂和六甲基磷酸三酰胺水溶液作为ZnO纳米柱阵列生长的前驱溶液，采用水热法重力辅助倒置生长制备高度有序、尺寸均匀的ZnO纳米柱阵列。该方法采用化学方法制备氧化锌纳米柱阵列，方法繁琐，产生废物污染，成本高，不适用于TiZn合金膜产品和掺钛氧化锌膜的制备。因此，开发一种不产生污染，成本低，易于产业化生产的制备具有特殊形貌的TiZn合金膜产品和掺钛氧化锌膜产品的方法，对于本领域有重要意义。

发明内容