沉淀法制备氧化锌以及铟镓锌氧化物粉末的研究

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铟镓锌氧化物薄膜晶体管（IGZO TFT）是最有应用前景的氧化物晶体管之一。铟镓锌氧化物（IGZO）靶材作为制作IGZO TFT所需要的溅射靶材，其性能直接影响着IGZO TFT的品质。目前IGZO靶材的制备方法可以根据不同的粉末原材料分为两种，一种是以IGZO粉末为原料，另一种是以氧化铟（In2O3）、氧化镓（Ga2O3）、氧化锌（ZnO）混合粉末为原料。本论文通过沉淀法制备了ZnO和IGZO粉末，研究内容主要分为两个部分：首先研究了不同形貌ZnO的制备及部分复杂形貌的生长机理；然后通过不同沉淀剂和沉淀方法制备 IGZO粉末，并以其中一种粉末为原料来做烧结实验。主要研究工作如下：
　　（1）氯化锌（ZnCl2）溶液和氨水在25℃反应后生成由纳米片组装成的花状氨化碱式氯化锌（ZHC-NH3）。这种花状结构的形成与溶液过饱和度有关。花状ZHC-NH3煅烧后分解成花状多孔的ZnO，其分解过程受环境湿度影响较大。ZHC-NH3是氨分子插入到碱式氯化锌（ZHC）的（003）晶面的层间得到的产物。花状ZHC-NH3通过水浴加热可以除去插在层间的氨分子，转化成片状ZHC。片状ZHC在煅烧后则分解为片状多孔的ZnO。
　　（2）ZnCl2溶液和氨水在80℃反应后直接生成杆状ZnO。这种形貌的产生是由于ZnO晶体生长具有各向异性，其沿[0001]方向生长最快。上述在较高温度下得到的杆状ZnO自然冷却到室温后，在5℃陈化12h，就得到管状ZnO。这是由于杆状ZnO在低温时发生溶解，且（0001）面的溶解速度最快所导致的。
　　（3）ZnCl2溶液和氢氧化钠溶液在50℃反应后，溶液中生成由纳米棒组合而成的花状形貌的ZnO，并且这些纳米棒的端部呈锥形。花状形貌的产生是由于溶液中一开始形成的ZnO晶核团聚后，各自沿着[0001]方向的各向异性生长所导致的。
　　（4）ZnCl2溶液分别和碳酸钠（Na2CO3）和碳酸铵（(NH4)2CO3）溶液在50℃反应后，都生成了碱式碳酸锌 Zn4(CO3)(OH)6·H2O前驱体，两种前驱体煅烧后，也都能得到均匀等轴状纳米ZnO。
　　（5）通过共沉淀法（NaOH、Na2CO3、氨水、(NH4)2CO3为沉淀剂）和分步沉淀法（氨水、(NH4)2CO3为沉淀剂）都成功制备出了成分基本为 InGaZnO4单相的粉末。粉末最佳制备工艺为采用分步沉淀法，使用氨水作为沉淀剂，这种工艺制备的粉末烧结性能较好，且粉末中In、Ga、Zn元素的摩尔比例为1:1.041:1.004，最接近理论值1:1:1。
　　（6）使用由最佳工艺制备的非晶IGZO粉末作为原料，通过先模压后冷等静压的方式成型制成生坯，在不同的温度下进行无压烧结。结果表明，在1200℃烧结时坯体基本为 InGaZnO4单相成分，相对密度高达97.43％，烧结体中晶粒细小均匀，尺寸都在1μm以下。

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作者
曹君;
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作者单位

华中科技大学;

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授予单位华中科技大学;
学科材料学
授予学位硕士
导师姓名李晨辉;
年度 2016
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TN321.5;
关键词
沉淀法; 生长机理; 铟镓锌氧化物; 薄膜晶体管; 氧化锌;

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