本发明属于靶材制造技术领域，具体涉及一种掺杂的igzo材料的制备方法。
背景技术：
铟镓锌氧化物(igzo)薄膜作为一种新型半导体材料，具有高载流子迁移率、强化学稳定性，以及制备工艺简单等优点。因此，将igzo薄膜应用于新一代薄膜晶体管(tft)技术中的沟道层材料，制备的tft具有高速驱动性，高分别率，以及大尺寸低功耗等特点。
目前，igzo薄膜主要是采用磁控溅射igzo陶瓷靶材的方式制得。igzo陶瓷粉体，在高温下易挥发，致密化烧结困难，而增加烧结助剂容易降低igzo材料使用性能。因此在保证igzo材料优异的光电性能的同时，通过掺杂改善材料烧结活性，降低烧结温度是igzo材料的重要研究方向。三氧化钼熔点较低，掺杂氧化钼可降低igzo陶瓷致密化温度，抑制晶粒的生长，利于制备细晶粒igzo靶材。少量氧化钼掺杂可以在不降igzo薄膜透光率的同时，改善igzo的电阻率，提高igzo薄膜材料的稳定性。
目前制备掺杂igzo靶材，通常是把微量元素氧化物粉末，添加到igzo粉末中，采用球磨法，对粉体进行混合。为达到良好混合效果，需长时间球磨以及多次预分散，大大增加了粉体制备的时间。且微量固体粉末采用机械球磨法较难均匀化，易出现粉末在一处聚集，导致掺杂元素不均匀，影响靶材质量。更重要的是，球磨易造成球磨介质磨损，引入新的杂质，污染靶材。
因此，亟需提供一种微量掺杂的igzo材料的制备方法，能够制备出掺杂均匀、电阻率低的igzo材料。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种掺杂的igzo材料的制备方法，能够制备出掺杂均匀、电阻率低的igzo材料。
本发明的构思为：利用钼酸铵溶于水的特性，将igzo材料的原料粉体与钼酸铵水溶液混合均匀，干燥后在原料粉体的表面形成分散均匀的钼酸铵包覆层，然后通过加热，使钼酸铵热解为moo3，实现微量moo3的均匀掺杂，同时，钼酸铵热解后生成热解离出的nh3随加热能够充分逸出，不会向原料粉体中引入新的杂质。为了制得掺杂均匀、电阻率低的igzo材料，对原料粉体的粒径的控制也至关重要。
igzo由zno、in2o3、ga2o3三种氧化物组成，不同于其他三元或二元氧化物组成的材料，其ga2o3的熔点与zno、in2o3的熔点差异大，且高温下晶体结构易发生转变，因此掺杂更为困难。
一种掺杂的igzo材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)向zno、in2o3、ga2o3粉末中加入钼酸铵溶液，混合，干燥，过筛，加热，制得igzo粉体；
(2)向步骤(1)制得的igzo粉体中加入成型剂，混合，干燥，过筛，成型，脱出成型剂后烧结，即制得所述igzo材料；所述zno、in2o3、ga2o3粉末的粒径为300-800nm。
优选的，所述igzo粉体的粒径为300-800nm。
优选的，步骤(1)中，所述zno、in2o3和ga2o3粉末的摩尔比为(1-2)：(1-2)：(1-8)；进一步优选的，步骤(1)中，所述zno、in2o3和ga2o3粉末的摩尔比为1：1：(1-8)。
优选的，所述igzo材料中掺杂钼，所述钼的掺杂量为0.01-0.2wt％；进一步优选的，所述igzo材料中钼的掺杂量为0.02-0.2wt％。
优选的，步骤(1)中所述钼酸铵溶液中钼酸铵的浓度为0.01-0.3wt％；进一步优选的，步骤(1)中所述钼酸铵溶液中钼酸铵的浓度为0.05-0.3wt％。
优选的，步骤(1)中，所述混合过程是采用湿磨的方式混合，所述湿磨的时间为24-48h。
优选的，步骤(1)中，所述加热的温度为280-380℃；进一步优选的，步骤(1)中所述加热的温度为300-350℃。在此温度下钼酸铵热解更充分。
优选的，步骤(2)中，所述成型剂为聚乙二醇或聚乙烯醇；进一步优选的，步骤(2)中，所述成型剂为聚乙二醇。
优选的，步骤(2)中，所述成型剂的用量为0.5-5wt％。
优选的，步骤(2)中，所述成型的过程包括模压和静压，所述模压的压力为20-40mpa，所述静压的压力为200-400mpa；进一步优选的，所述模压的压力为20-30mpa，所述静压的压力为200-300mpa。
优选的，步骤(2)中，所述烧结的过程为于1300-1500℃下、氧气气氛中常压烧结5-12h；进一步优选的，步骤(2)中，所述烧结的过程为于1300-1450℃下、氧气气氛中常压烧结6-10h。
具体的，一种掺杂的igzo材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按摩尔比(1-2)：(1-2)：(1-8)称取zno、in2o3、ga2o3粉末，加入到0.01-0.3wt％的钼酸铵溶液中，湿磨24-48h混合均匀，然后干燥，过5000-8000目的筛，加热至280-380℃使钼酸铵热解为moo3，制得igzo粉体；
(2)向步骤(1)制得的粉体中加入成型剂聚乙二醇，湿磨混合，干燥，过筛，然后于20-40mpa的压力下模压，在于200-400mpa的压力静压制得生坯，脱出成型剂后，于1300-1500℃下、氧气气氛中常压烧结5-12h烧结，即制得所述igzo材料。
一种掺杂的igzo材料，采用上述的制备方法制得，且所述igzo材料的相对密度大于99.6％，电阻率小于9.5×10-4ω·cm。
所述掺杂的igzo材料在半导体领域中的应用。主要是用作溅射镀膜用的靶材，包括平面靶和旋转靶，用于薄膜晶体管的有源层材料。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)本发明利用钼酸铵溶于水的特性，将其与igzo粉末混合，干燥热解后得到moo3包覆的igzo粉体，大大提高了微量moo3掺杂下粉末混合的均匀程度。且微量moo3固溶在氧化锌晶格内，在不影响靶材物相的情况下，可大大提高igzo材料的导电率和相对密度。所述igzo材料的相对密度大于99.6％，电阻率小于9.5×10-4ω·cm。由所述igzo材料制得的igzo薄膜材料的稳定性的强，品质高。
(2)本发明所述制备方法简单，易操作，能够经济、高效地制备出各种复杂形状的igzo材料。
附图说明
图1为实施例1制备igzo材料中igzo粉体的制备工艺流程图；
图2为实施例1制备igzo材料中igzo粉体的烧结工艺流程图。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
实施例1
一种掺杂的igzo材料的制备方法，参照图1igzo粉体的制备工艺流程图和图2igzo粉体的烧结工艺流程图，包括以下步骤：
(1)按摩尔比1：1：1称取zno、in2o3、ga2o3粉末(zno、in2o3、ga2o3粉末的粒径为300-800nm)，加入到0.1wt％的钼酸铵水溶液中，湿磨36h混合均匀，然后热风干燥，充分研磨，直至全部过200目的筛子；再加热至320℃使钼酸铵热解为moo3，制得igzo粉体；
(2)向步骤(1)制得的粉体中加入3wt％的聚乙二醇，湿磨24h混合均匀，然后充分干燥，破碎，充分研磨，直至全部过200目的筛子；再于30mpa的压力下模压，在于350mpa的压力静压制得生坯，加热至750℃保温4h炉冷(脱出成型剂)，然后于1380℃下、氧气气氛中常压烧结10h烧结，即制得所述igzo材料。igzo材料的相对密度为99.90％，电阻率小于2×10-4ω·cm。
实施例2
一种掺杂的igzo材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按摩尔比1：2：8称取zno、in2o3、ga2o3粉末(zno、in2o3、ga2o3粉末的粒径为300-800nm)，加入到0.01wt％的钼酸铵水溶液中，湿磨24h混合均匀，然后热风干燥，充分研磨，直至全部过200目的筛子；加热至320℃使钼酸铵热解为moo3，制得igzo粉体；
(2)向步骤(1)制得的粉体中加入1wt％的聚乙二醇，湿磨24h混合均匀，然后充分干燥，破碎，充分研磨，直至全部过200目的筛子；再于20mpa的压力下模压，在于400mpa的压力静压制得生坯，加热至750℃保温4h炉冷(脱出成型剂)，然后于1380℃下、氧气气氛中常压烧结10h烧结，即制得所述igzo材料。igzo材料的相对密度为99.85％，电阻率小于3.5×10-4ω·cm。
实施例3
一种掺杂的igzo材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按摩尔比2：1：5称取zno、in2o3、ga2o3粉末(zno、in2o3、ga2o3粉末的粒径为300-800nm)，加入到0.1wt％的钼酸铵水溶液中，湿磨36h混合均匀，然后热风干燥，充分研磨，直至全部过200目的筛子；再加热至320℃使钼酸铵热解为moo3，制得igzo粉体；
(2)向步骤(1)制得的粉体中加入5wt％的聚乙二醇，湿磨24h混合均匀，然后充分干燥，破碎，充分研磨，直至全部过200目的筛子；再于40mpa的压力下模压，在于200mpa的压力静压制得生坯，加热至750℃保温4h炉冷(脱出成型剂)，然后于1420℃下、氧气气氛中常压烧结10h烧结，即制得所述igzo材料。igzo材料的相对密度为99.82％，电阻率小于3.2×10-4ω·cm。
实施例4
一种掺杂的igzo材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按摩尔比1：2：1称取zno、in2o3、ga2o3粉末(zno、in2o3、ga2o3粉末的粒径为300-800nm)，加入到0.1wt％的钼酸铵水溶液中，湿磨48h混合均匀，然后热风干燥，充分研磨，直至全部过200目的筛子；再加热至320℃使钼酸铵热解为moo3，制得igzo粉体；
(2)向步骤(1)制得的粉体中加入3wt％的聚乙二醇，湿磨24h混合均匀，然后充分干燥，破碎，充分研磨，直至全部过200目的筛子；再于35mpa的压力下模压，在于350mpa的压力静压制得生坯，加热至750℃保温4h炉冷(脱出成型剂)，然后于1500℃下、氧气气氛中常压烧结8h烧结，即制得所述igzo材料。igzo材料的相对密度为99.80％，电阻率小于4.2×10-4ω·cm。
实施例5
一种掺杂的igzo材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按摩尔比1：1：1称取zno、in2o3、ga2o3粉末(zno、in2o3、ga2o3粉末的粒径为300-800nm)，加入到0.1wt％的钼酸铵水溶液中，湿磨36h混合均匀，然后热风干燥，充分研磨，直至全部过200目的筛子；再加热至280℃使钼酸铵热解为moo3，制得igzo粉体；
(2)向步骤(1)制得的粉体中加入3wt％的聚乙二醇，湿磨24h混合均匀，然后充分干燥，破碎，充分研磨，直至全部过200目的筛子；再于30mpa的压力下模压，在于350mpa的压力静压制得生坯，加热至750℃保温4h炉冷(脱出成型剂)，然后于1380℃下、氧气气氛中常压烧结10h烧结，即制得所述igzo材料。igzo材料的相对密度为99.78％，电阻率小于5.6×10-4ω·cm。
实施例6
一种掺杂的igzo材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按摩尔比1：1：1称取zno、in2o3、ga2o3粉末(zno、in2o3、ga2o3粉末的粒径为300-800nm)，加入到0.1wt％的钼酸铵水溶液中，湿磨36h混合均匀，然后热风干燥，充分研磨，直至全部过200目的筛子；再加热至350℃使钼酸铵热解为moo3，制得igzo粉体；
(2)向步骤(1)制得的粉体中加入3wt％的聚乙二醇，湿磨24h混合均匀，然后充分干燥，破碎，充分研磨，直至全部过200目的筛子；再于30mpa的压力下模压，在于350mpa的压力静压制得生坯，加热至750℃保温4h炉冷(脱出成型剂)，然后于1380℃下、氧气气氛中常压烧结10h烧结，即制得所述igzo材料。igzo材料的相对密度为99.76％，电阻率小于7.2×10-4ω·cm。
实施例7
一种掺杂的igzo材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按摩尔比1：1：1称取zno、in2o3、ga2o3粉末(zno、in2o3、ga2o3粉末的粒径为300-800nm)，加入到0.1wt％的钼酸铵水溶液中，湿磨36h混合均匀，然后热风干燥，充分研磨，直至全部过200目的筛子；再加热至320℃使钼酸铵热解为moo3，制得igzo粉体；
(2)向步骤(1)制得的粉体中加入3wt％的聚乙二醇，湿磨24h混合均匀，然后充分干燥，破碎，充分研磨，直至全部过200目的筛子；再于45mpa的压力下模压，在于450mpa的压力静压制得生坯，加热至750℃保温4h炉冷(脱出成型剂)，然后于1380℃下、氧气气氛中常压烧结10h烧结，即制得所述igzo材料。igzo材料的相对密度为99.62％，电阻率小于9.4×10-4ω·cm。
实施例8
一种掺杂的igzo材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按摩尔比1：1：1称取zno、in2o3、ga2o3粉末(zno、in2o3、ga2o3粉末的粒径为300-800nm)，加入到0.1wt％的钼酸铵水溶液中，湿磨36h混合均匀，然后热风干燥，充分研磨，直至全部过200目的筛子；再加热至320℃使钼酸铵热解为moo3，制得igzo粉体；
(2)向步骤(1)制得的粉体中加入3wt％的聚乙二醇，湿磨24h混合均匀，然后充分干燥，破碎，充分研磨，直至全部过200目的筛子；再于30mpa的压力下模压，在于350mpa的压力静压制得生坯，加热至750℃保温4h炉冷(脱出成型剂)，然后于1380℃下、氧气气氛中常压烧结10h烧结，即制得所述igzo材料。igzo材料的相对密度为99.75％，电阻率小于6.8×10-4ω·cm。
对比例1
一种掺杂的igzo材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按摩尔比1：1：1称取zno、in2o3、ga2o3粉末(zno、in2o3、ga2o3粉末的粒径为2-4μm)，加入到0.1wt％的钼酸铵溶液中，湿磨36h混合均匀，然后热风干燥，充分研磨，直至全部过200目的筛子；再加热至320℃使钼酸铵热解为moo3，制得igzo粉体；
(2)向步骤(1)制得的粉体中加入3wt％的聚乙二醇，湿磨24h混合均匀，然后充分干燥，破碎，充分研磨，直至全部过200目的筛子；再于30mpa的压力下模压，在于350mpa的压力静压制得生坯，加热至750℃保温4h炉冷(脱出成型剂)，然后于1380℃下、氧气气氛中常压烧结10h烧结，即制得所述igzo材料。igzo材料的相对密度为98.5％，电阻率小于7.5×10-3ω·cm。
对比例2
一种掺杂的igzo材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按摩尔比1：1：1称取zno、in2o3、ga2o3粉末(zno、in2o3、ga2o3粉末的粒径为300-800nm)，湿磨36h混合均匀，然后热风干燥，充分研磨，直至全部过200目的筛子，制得igzo粉体；
(2)向步骤(1)制得的粉体中加入3wt％的聚乙二醇，湿磨24h混合均匀，然后充分干燥，破碎，充分研磨，直至全部过200目的筛子，再于30mpa的压力下模压，在于350mpa的压力静压制得生坯，加热至750℃保温4h炉冷(脱出成型剂)，然后于1380℃下、氧气气氛中常压烧结10h烧结，即制得所述igzo材料。igzo材料的相对密度为98.1％，电阻率小于9×10-2ω·cm。
1.一种掺杂的igzo材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向zno、in2o3、ga2o3粉末中加入钼酸铵溶液，混合，干燥，过筛，加热，制得igzo粉体；
(2)向步骤(1)制得的igzo粉体中加入成型剂，混合，干燥，过筛，成型，脱出成型剂后烧结，即制得所述igzo材料；所述zno、in2o3、ga2o3粉末的粒径为300-800nm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，优选的，所述igzo粉体的粒径为300-800nm。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述zno、in2o3和ga2o3粉末的摩尔比为(1-2)：(1-2)：(1-8)。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述igzo材料中掺杂钼，所述钼的掺杂量为0.01-0.2wt％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述加热的温度为280-380℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述成型剂为聚乙二醇或聚乙烯醇。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述成型的过程包括模压和静压，所述模压的压力为20-40mpa，所述静压的压力为200-400mpa。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述烧结的过程为：于1300-1500℃下、氧气气氛中常压烧结5-12h。
9.一种掺杂的igzo材料，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的制备方法制得，且所述igzo材料的相对密度大于99.6％，电阻率小于9.5×10-4ω·cm。
10.权利要求9所述的掺杂的igzo材料在半导体领域中的应用。
技术总结