1312-43-2 / 氧化銦的主要應(yīng)用

背景及概述^[1]

氧化銦為黃色片狀立方或紅棕色晶體。相對(duì)密度7.179，熔點(diǎn)1910℃，850℃時(shí)揮發(fā)，不溶于水，易溶于酸。溶于堿生成銦酸鹽。溫度高于850℃以上轉(zhuǎn)變成四氧化三銦。將硝酸銦加熱分解，或氫氧化銦灼燒脫水均可制得。用于制造玻璃，其它銦鹽的制備。In2O3（Indiumoxide，氧化銦）是一種n型透明半導(dǎo)體材料，具有較寬禁帶寬度、低電阻率和高催化活性，在光電領(lǐng)域、氣敏、催化劑方面廣泛應(yīng)用。當(dāng)氧化銦尺寸達(dá)到納米級(jí)別時(shí)除了具有上述特點(diǎn)外，還具有納米材料的表面效應(yīng)、量子效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)，并可產(chǎn)生奇異的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和化學(xué)特性，在國防、電子、化工、冶金、航空、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)有技術(shù)中，納米級(jí)氧化銦常用制備方法為溶膠-凝膠法。其主要制備過程為，用含高化學(xué)活性組分的化合物作前軀體，在液相下將這些原料均勻混合，并進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經(jīng)膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿了失去流動(dòng)性的溶劑，形成凝膠。凝膠經(jīng)過干燥、燒結(jié)固化制備出分子乃至納米亞結(jié)構(gòu)的材料。

應(yīng)用^[2-5]

氧化銦主要用于堿錳電池代汞緩蝕劑和消氣劑，亦廣泛應(yīng)用于有色玻璃、陶瓷、化學(xué)試劑等傳統(tǒng)領(lǐng)域。近年來大量應(yīng)用于光電行業(yè)等高新技術(shù)領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域，特別適用于加工銦錫氧化物(ITO)靶材，制造透明電極和透明熱反射體材料，用于生產(chǎn)平面液晶顯示器和除霧冰器。是當(dāng)今信息高科技領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

1）制備一種非晶氧化銦鋅/氧化銦納米晶同質(zhì)復(fù)合薄膜晶體管，以非晶氧化銦鋅/氧化銦納米晶同質(zhì)復(fù)合薄膜為半導(dǎo)體溝道層，在復(fù)合薄膜中，復(fù)合的納米氧化銦和氧化銦鋅的摩爾比為0.5%~1%。將0.5%~1%摩爾比的氧化銦納米顆粒加入到銦鹽-鋅鹽復(fù)合膠體溶液中，利用旋涂法和煅燒，制備出高性能的氧化銦鋅薄膜，再將其進(jìn)行微納加工如光刻、刻蝕、再光刻以及電極的蒸鍍和剝離制備出復(fù)合型薄膜場效應(yīng)晶體管。通過控制工藝條件，可以得到具有高遷移率的場效應(yīng)晶體管，并且使其具備較高的透光性能。制備方法成本低廉，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模批量生產(chǎn)。

2）制備一種氧化銦納米晶，將基板置入蒸發(fā)爐腔室中的基板架上，同時(shí)將氧化銦原料置入所述腔室中的坩堝中；加熱氧化銦原料，使其溶解、并部分揮發(fā)分解為金屬銦蒸汽，金屬銦蒸汽揮發(fā)至所述基板處，冷凝形成金屬液滴；繼續(xù)加熱所述氧化銦原料揮發(fā)出氧化銦蒸汽，使氧化銦蒸汽揮發(fā)至金屬液滴處，金屬液滴作為納米晶生長的催化劑，不斷溶解氧化銦，至過飽和狀態(tài)，便會(huì)在所述金屬液滴內(nèi)析出氧化銦晶核，最終形成一維或準(zhǔn)一維柱狀氧化銦納米晶。本實(shí)施所提出的氧化銦納米晶生長方法，以氧化銦原料中分解形成的銦液滴為催化劑生長納米晶，容易獲得大面積純度高納米晶；在生長過程中，只用到氧化銦一種原料，工藝過程簡單且安全。

3）制備一種氧化銦透明半導(dǎo)體薄膜。包括如下步驟：稱取可溶性的銦鹽，量取溶劑，配置濃度為0.01-0.5摩爾/升的氧化銦前驅(qū)體溶液，經(jīng)過0.1-3小時(shí)的磁力攪拌和超聲分散形成澄清透明的氧化銦前驅(qū)體溶液；制備氧化銦薄膜：將氧化銦前驅(qū)體溶液涂覆到清洗好的襯底上形成氧化銦前驅(qū)體薄膜，進(jìn)行50-150℃的預(yù)熱處理，然后經(jīng)過一定功率、時(shí)間和溫度的光波退火，根據(jù)氧化銦薄膜的厚度要求可多次涂覆前驅(qū)體氧化銦溶液并退火處理，即得到氧化銦透明半導(dǎo)體薄膜。本發(fā)明所得氧化銦薄膜在晶體管、存儲(chǔ)器、太陽能電池等信息能源領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景。通過本發(fā)明的工藝可以避免通常的高溫溶液工藝、工藝周期長或昂貴設(shè)備等，成本低，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

制備^[2]

將500g4N的銦在160℃熔融，經(jīng)水淬得到銦花，取出與硝酸反應(yīng)，即在不斷攪拌的條件下緩慢加入濃度(wt％)為68％的硝酸約500mL，并加適量電導(dǎo)率小于500us/cm、可溶性SiO2低于0.02mg/L的水、得到In3+濃度為1.5mol/L硝酸銦溶液；450mL質(zhì)量濃度為27％的氨水與1350mL水按體積比為1∶3配制得到氨水溶液，其重量濃度為6.2％。將上述硝酸銦溶液和氨水溶液在不斷攪拌條件下同時(shí)加入有電導(dǎo)率小于500us/cm、可溶性SiO2低于0.02mg/L的水做底液的反應(yīng)器中，控制反應(yīng)體系溫度90℃，過程pH為4.0，終點(diǎn)pH為5.0，加完后再反應(yīng)30min，過濾，得到白色濾餅。經(jīng)漿洗3次，淋洗2次，所得白色濾餅在恒溫干燥箱中于90℃干燥6小時(shí)烘干；冷卻后制粉，然后放入設(shè)置溫度為160℃恒溫干燥箱中干燥5小時(shí)，冷卻后打包，得到外觀為白色、粒度為1.12μm的電池級(jí)氫氧化銦；上述氫氧化銦放入設(shè)置溫度為400℃煅燒爐中煅燒5小時(shí)，冷卻后制粉，得到外觀為淡黃色、粒度為1.06μm的電池級(jí)氧化銦。

主要參考資料

[1] 無機(jī)化合物辭典

[2] CN201010583755.0一種電池級(jí)氫氧化銦和氧化銦的制備方法

[3] CN201110443501.3非晶氧化銦鋅/氧化銦納米晶同質(zhì)復(fù)合薄膜晶體管及其制備方法

[4] CN201610198143.7一種氧化銦納米晶及其生長方法

[5] CN201610821771.6一種氧化銦透明半導(dǎo)體薄膜的低溫溶液制備方法