一种用于制备低漏电高介电绝缘材料的前驱体溶液的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种用于制备低漏电高介电绝缘材料的前驱体溶液的制备方法，包括以下步骤：1)配制摩尔浓度为0.05～0.1mol/L的乙酰丙酮金属盐原溶液；2)掺杂O2：在步骤1)制得的原溶液中通入1～60min O2；3)制备前驱体溶液：密封步骤2)得到的溶液，并在水浴加热条件下搅拌6～24h；4)后处理：将反应完全的前驱体溶液通过滤嘴过滤。相比于现有技术，采用本发明专利技术所述的前驱体溶液的制备方法制得的前驱体溶液可生成更均匀的薄膜；在制备多层薄膜时，该前驱体溶液所制备的绝缘层薄膜更加耐压，在多层的薄膜旋涂中可以更加的均匀致密，更加适合于大面积绝缘层的工业生产。本发明专利技术还提供一种采用所述前驱体溶液制得的低漏电高介电绝缘材料及其制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种用于制备低漏电高介电绝缘材料的前驱体溶液的制备方法及其应用
本专利技术属于可印刷电子
，尤其涉及一种用于制备低漏电高介电绝缘材料的、可大面积均匀成膜的前驱体溶液的制备方法及其应用。
技术介绍
近年来，以喷墨打印技术为代表的印刷电子技术越来越受到产业界的关注，主要原因有两个方面。一方面，印刷电子器件可以实现低成本电子器件，如RFID电子标签。RFID电子标签将大幅改善库存控制、工厂自动化以及超市收银等应用领域的现状。另一方面，是来源于柔性大面积显示的要求，它将有望在电子纸、大面积显示等领域应用。对于这些应用，传统镀膜工艺要么达不到成本要求，要么不符合机械柔性或者工艺兼容性(如低成本大面积柔性显示)，因此打印方式正好适用于这些应用领域。同时，喷墨打印技术发展迅速，商用打印系统已能实现线宽小于20μm并且平整度好的膜。驱动其显示的薄膜晶体管(TFT)，一方面要求器件具有较低的处理工艺温度，以符合柔性基板的需求；另一方面要求工作电压不能过高，移动电源可以满足其供电的需求。此外，显示器件的分辨率越来越高，要求TFT器件功耗越来越小,栅绝缘层单位电容必须进一步提高。在传统的MOSFET中，栅介质材料大部分采用二氧化硅，因为SiO2具有良好的绝缘性能及稳定的二氧化硅-硅衬底界面。然而对于纳米线宽的集成电路，需要高介电常数(高k)的栅极介质材料代替二氧化硅以保持优良的漏电性能。这些栅极候选材料必须有较高的介电常数，合适的禁带宽度，与硅衬底间有良好界面和高热稳定性。此外，其制备加工技术最好能与现行的硅集成电路工艺相兼容。为了解决未来可穿戴柔性显示产品对器件和材料的需求，低温制备具有高介电常数、低漏电流的绝缘层材料，是实现柔性可低压驱动薄膜晶体管器件及阵列电路的关键。相对于真空制备方法，湿化学溶液沉积法具有低成本、高效率等优点，近年来在氧化物半导体薄膜晶体管的研究中受到了广泛关注和应用。湿化学法成膜的材料体系选择、溶液配制、成膜工艺，将为未来直接喷墨印刷柔性电子器件提供非常重要的材料与技术积累。
技术实现思路
本专利技术为弥补现有技术中存在的不足，提供一种用于制备低漏电高介电绝缘材料的前驱体溶液的制备方法。本专利技术为达到其目的，采用的技术方案如下：一种用于制备低漏电高介电绝缘材料的前驱体溶液的制备方法，包括以下步骤：1)配制摩尔浓度为0.05～0.1mol/L的乙酰丙酮金属盐原溶液；2)掺杂O2：在步骤1)制得的原溶液中通入1～60minO2；3)制备前驱体溶液：密封步骤2)得到的溶液，并在水浴加热条件下搅拌6～24h；4)后处理：将反应完全的前驱体溶液通过滤嘴过滤。进一步地，步骤1)所述的乙酰丙酮金属盐原溶液以乙酰丙酮金属盐为溶质，N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，在手套箱中配制而成。进一步地，步骤3)中水浴加热的温度为80～90℃。进一步地，步骤4)中滤嘴的尺寸为0.22～0.25μm。优选地，步骤2)中采用橡胶管直接往步骤1)制得的原溶液中通入30minO2。优选地，步骤3)中采用防水胶带密封步骤2)得到的溶液，并在80℃水浴加热条件下搅拌12h。优选地，步骤4)中滤嘴的尺寸为0.22μm。相比于现有技术，本专利技术所述的用于制备低漏电高介电绝缘材料的前驱体溶液的制备方法制得的前驱体溶液在亲水性上，优于单纯手套箱环境下制备的前驱体溶液，更有利于溶液旋涂铺展，生成均匀的薄膜；在制备多层薄膜时，本专利技术所述制备方法制得的前驱体溶液所制备的绝缘层薄膜更加耐压，在多层的薄膜旋涂中可以更加的均匀致密，更加适合于大面积绝缘层的工业生产。同时，本专利技术所述制备方法处理温度低，能耗小，制得的前驱体溶液亲水性强，与塑料柔性衬底有很好的兼容性，在信息存储、柔性电子学、集成电路等领域具有广泛的应用前景。本专利技术还提供一种低漏电高介电绝缘材料的制备方法，将根据上述制备方法制得的前驱体溶液在衬底上旋涂后，进行预退火和总退火处理，得到低漏电高介电绝缘材料。进一步地，所述预退火温度为160℃，时间为10min；所述总退火温度为160℃，时间为60min。相比于现有技术，本专利技术所述的低漏电高介电绝缘材料的制备方法制得的绝缘层薄膜更加耐压，更加适合于大面积绝缘层的工业生产。本专利技术还提供一种通过上述低漏电高介电绝缘材料的制备方法制备而成的低漏电高介电绝缘材料。相比于现有技术，本专利技术所述的低漏电高介电绝缘材料介电常数大、致密性好，采用该材料制得的OTFT器件漏电低。附图说明图1是对比实施例制得的前驱体溶液的粘度测试图图2是实施例1制得的前驱体溶液的粘度测试图图3是实施例1中前驱体溶液在p型重掺硅上旋涂1～6层并退火处理后的金属氧化物相应的AFM图图4是对比实施例中前驱体溶液在p型重掺硅上旋涂1～6层并退火处理后的金属氧化物相应的AFM图图5是采用实施例1中前驱体溶液制得的6层金属氧化物的TEM和介电常数图图6是采用实施例1中前驱体溶液制得的1～6层MIM结构的I-V图图7是采用实施例1中前驱体溶液制得的1～6层MIM结构的C-F图图8是采用对比实施例中前驱体溶液制得的1～6层MIM结构的I-V图图9是采用对比实施例中前驱体溶液制得的1～6层MIM结构的C-F图图10是实施例1与对比实施例制得的多层薄膜击穿电压对比图图11是采用实施例1中的前驱体溶液制得的OTFT结构PET/Au/6layerMOx/PαMS/Pentacene/Cu的Id-Vg图图12是实施例1与对比实施例制得的未经退火处理的薄膜对水的接触角示意图图13是实施例1与对比实施例制得的经退火处理后的薄膜对溶液的接触角示意图具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明：下列实施例中，实施例1～6中的步骤1)～步骤4)即为本专利技术所述的用于制备低漏电高介电绝缘材料的前驱体溶液的制备方法，由于该制备方法为低漏电高介电绝缘材料(即金属氧化物绝缘层薄膜)制备方法的一部分，因此仅提供低漏电高介电绝缘材料的实施例。下述实施例中步骤1)的原溶液均以乙酰丙酮镧为溶质，制得的前驱体溶液为氧化镧前驱体溶液，仅作为一种较佳的实施方式对本专利技术进行示例，并非对本专利技术做任何形式上的限制，步骤1)配制其他乙酰丙酮金属盐原溶液亦可达到相同的专利技术目的。实施例1本实施例提供了一种低漏电高介电绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：1)配制乙酰丙酮金属盐原溶液：在手套箱中，以乙酰丙酮金属盐为溶质，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，配制成摩尔浓度为0.05mol/L的溶液；2)掺杂O2：从手套箱中取出原溶液，用橡胶管直接通入30minO2；3)前驱体溶液制备：防水胶带密封，在80℃的水浴加热下搅拌12h；4)后处理：将反应完全的前驱体溶液通过0.22μm的滤嘴过滤；5)氧化物绝缘层制备：在洗干净的重掺硅片上，以低速500rpm，5s、高速2000rpm，40s的转速旋涂，在热板上160℃下预退火10min；6)致密化：将多层结构的氧化物绝缘层放在热板上160℃下总退火60min。在室温环境下，利用安捷伦B1500A高精度半导体分析仪对器件进行测试。溶液旋涂的薄膜均匀平整，6层薄膜叠加的粗糙度为3.119nm，其击穿电压可以达到5.7V，漏电流为3.6×10-7A/cm2(@2MV/cm)，比常规手套箱配置的溶液具有巨大的优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备低漏电高介电绝缘材料的前驱体溶液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)配制摩尔浓度为0.05～0.1mol/L的乙酰丙酮金属盐原溶液；2)掺杂O2：在步骤1)制得的原溶液中通入1～60min O2；3)制备前驱体溶液：密封步骤2)得到的溶液，并在水浴加热条件下搅拌6～24h；4)后处理：将反应完全的前驱体溶液通过滤嘴过滤。

【技术特征摘要】
1.一种用于制备低漏电高介电绝缘材料的前驱体溶液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)配制摩尔浓度为0.05～0.1mol/L的乙酰丙酮金属盐原溶液；2)掺杂O2：在步骤1)制得的原溶液中通入1～60minO2；3)制备前驱体溶液：密封步骤2)得到的溶液，并在水浴加热条件下搅拌6～24h；4)后处理：将反应完全的前驱体溶液通过滤嘴过滤。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的乙酰丙酮金属盐原溶液以乙酰丙酮金属盐为溶质，N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，在手套箱中配制而成。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3)中水浴加热的温度为80～90℃。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤4)中滤嘴的尺寸为0.22～0.25μm。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆旭兵，严龙森，刘俊明，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44