CN101575697B - 一种Al、F共掺杂ZnO基透明导电薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种Al、F共掺杂ZnO基透明导电薄膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于功能材料领域，涉及一种Al、F共掺杂的ZnO基透明导电薄膜及其制备方法。其特征是包括以下步骤：1)首先制作ZAFO靶材，利用AlF 3、Al 2O 3和ZnO粉体，经过均匀混合后，分别制成不同F含量的ZAFO靶材；ZAFO靶材中含有0.5～3.0wt％的Al，0.82～3.28wt％的F，其余为ZnO；2)将制作好的ZAFO靶材，安装在射频磁控溅射沉积设备真空室内，用机械泵、分子泵把真空室的真空度抽到压强小于3×10 -3Pa，同时将基片温度加热到25℃～500℃；通过调节沉积工艺参数，采用射频磁控溅射在基片上制备ZAFO透明导电薄膜。本发明简化了镀膜工艺，改善了薄膜的导电性和可见光透过率。

Description

一种Al、F共掺杂ZnO基透明导电薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于功能材料领域，涉及一种Al、F共掺杂的ZnO基透明导电薄膜及其制备方法，特别是涉及一种制备Al、F共掺杂的n型透明导电氧化锌薄膜的方法。
背景技术
透明导电氧化物(transparent conductive oxide，TCO)薄膜是一类具有高导电性(高载流子、高迁移率、低电阻率)、在可见光区具有高透过率、在紫外光区又具有高吸收率、同时对红外光具有高反射率的特殊半导体光电材料。由于具有这些特殊性，TCO薄膜已经作为一个重要组成部分广泛应用于诸多光电器件，如：透明电极、发光二极管、平板显示器、太阳能电池、薄膜晶体管、透明加热元件、透明热反射材料等。
ZnO基TCO薄膜具有低成本、无毒、稳定性高等特点，引起了广泛的关注。纯ZnO是一种宽禁带(约3.3eV)直接带隙半导体材料。经过特殊掺杂后的ZnO薄膜具有优良的电学和光学性能，如文献InhoKim，Kyeong-Seok Lee，Taek Seong Lee，Jeung-hyun Jeong，Byeong-kiCheong，Young-Joon Baik，and Won Mok Kim.J.Appl.Phys.100，063701(2006).报道，采用双靶(Al2O3掺杂ZnO(ZAO)靶材和ZnF2掺杂ZnO(ZFO)靶材)磁控溅射的方法制备了Al、F共掺杂ZnO(ZAFO)薄膜，其电阻率达到5.9×10-4Ω·cm。由于ZnF2熔点低(872℃)，易挥发，远远低于ZnO的烧结温度，并且具有很强的毒性，所以ZFO靶材成分不易制备。显然此方法工艺复杂，优质靶材制备困难。
发明内容
本发明的目的是提出一种采用单靶制备出具有高导电性、高可见光透过率的ZAFO透明导电薄膜，简化镀膜工艺，改善薄膜的导电性和可见光透过率。
一种Al、F共掺杂的ZnO基透明导电薄膜及其制备方法，其特征在于利用射频磁控溅射设备，采用Al、F共掺杂的靶材在基片上沉积制备出具有高导电性、高可见光透过率的ZAFO透明导电薄膜，包括以下步骤：
1)，首先制作ZAFO靶材，所述的靶材为利用AlF3、Al2O3和ZnO粉体，经过均匀混合后，分别制成不同F含量的ZAFO靶材。所述的靶材中含有0.5～3.0wt％的Al，0.82～3.28wt％的F，其余为ZnO；
2)，将步骤1)制作的ZAFO靶材，安装在射频磁控溅射沉积设备真空室内，用机械泵、分子泵把真空室的真空度抽到压强小于3×10-3Pa，同时将基片温度加热到25℃～500℃；
3)，射频磁控溅射镀膜，通过调节工艺参数，采用射频磁控溅射在基片上制备ZAFO透明导电薄膜。
沉积工艺参数：真空室真空度为10～3×10-4Pa；溅射气氛为高纯Ar气；流量为30sccm；溅射压强为0.3～0.7Pa；溅射功率为100～150W；直流偏压在100～220V；靶材基片距离为60mm；溅射时间为600～3000s。
所述的基片包括：石英片、硅片或各种玻璃基片。
本发明的特点是采用单一靶材制备Al、F共掺杂的ZnO透明导电薄膜，这一点区别于前人文献中所述的分别掺杂的制备方式，方法简单，易于控制F的掺入量。
本发明的优点：
本发明的方法简单，通过在ZnO中直接掺杂AlF3和Al2O3制备靶材，实现了阴、阳离子在同一靶材的同时掺杂。通过改变AlF3和Al2O3的不同比例来实现不同Al、F原子质量的比例，从而调整薄膜的载流子浓度和禁带宽度，改善薄膜的导电性和可见光透过率。此外，使用单一靶材溅射镀膜，也使镀膜工艺变得简单。
本发明制备的薄膜是透明的导电薄膜；本发明的透明导电薄膜在室温25℃时的电阻率均小于9×10-4Ω·cm；本发明的透明导电薄膜在波长400～800nm可见光范围内平均透过率都大于85％；通过共掺杂Al、F原子并没有改变ZnO的晶体结构，且具有良好的(002)晶体取向。
附图说明
图1是F含量为2.46wt％的ZAFO透明导电薄膜晶体取向。
图2是F含量为0.82～3.28wt％的ZAFO透明导电薄膜的电阻率变化曲线。
图3是F含量为0.82～3.28wt％的ZAFO透明导电薄膜的可见光透过率变化曲线。
具体实施方式
实施例1
制备Al、F共掺杂n型透明导电氧化锌薄膜，该薄膜中F含量为2.46wt％。
1.制备ZAFO靶材，选取Φ50mm×4mm的ZAFO靶材，该靶材利用3.62wt％AlF3+0.75wt％Al2O3和ZnO粉体制成，该靶材含有1.55wt％Al和2.46wt％F；
2.将步骤1制作好的共掺杂ZAFO靶材，安装在射频磁控溅射沉积设备真空室内，用机械泵、分子泵把真空室的真空度抽到5×10-4Pa，基片加热到温度300℃；
3.射频磁控溅射镀膜，通过调节工艺参数，采用射频磁控溅射在基片上制备ZAFO透明导电薄膜。
沉积工艺参数：真空室真空度为5×10-4Pa；溅射气氛为高纯Ar气，流量为30sccm；溅射压强为0.5Pa；溅射功率为150W；自偏压在100V；靶材基片距离为60mm；基片温度为300℃；溅射时间为1200s。
制备的F含量为2.46wt％的透明导电薄膜在室温25℃时的电阻率为3.7×10-4Ω·cm；在波长400～800nm可见光范围内平均透过率为92.48％；通过共掺杂Al、F原子并没有改变ZnO的晶体结构，且具有良好的(002)晶体取向，参见图1所示。
按照实施例1的制备方法，继续制备F含量分别为0.82wt％、1.52wt％、3.28wt％的ZAFO透明导电薄膜。请参见图2、图3所示，图中表明了该透明导电薄膜随F掺杂含量的不同电阻率以及透光率的变化情况。
实施例2
制备Al、F共掺杂n型透明导电氧化锌薄膜，该薄膜中F含量为3.28wt％。
1.制备ZAFO靶材，选取Φ50mm×4mm的ZAFO靶材，该靶材利用4.83wt％AlF3和ZnO粉体制成，该靶材含有1.55wt％Al和3.28wt％F；
2.将步骤1制作好的共掺杂ZAFO靶材，安装在射频磁控溅射沉积设备真空室内，用机械泵、分子泵把真空室的真空度抽到5×10-4Pa，基片加热到温度400℃；
3.射频磁控溅射镀膜，通过调节工艺参数，采用射频磁控溅射在基片上制备ZAFO透明导电薄膜。
沉积工艺参数：真空室真空度为5×10-4Pa；溅射气氛为高纯Ar气；流量为30sccm；溅射压强为0.5Pa；溅射功率为150W；直流偏压在100V；靶材基片距离为60mm；基片温度为450℃；溅射时间为600s；真空450℃原位退火60min。
制备的F含量为3.28wt％的透明导电薄膜在室温25℃时的电阻率为8.2×10-4Ω·cm；在波长400～800nm可见光范围内平均透过率为91.53％；通过共掺杂Al、F原子并没有改变ZnO的晶体结构，且具有良好的(002)晶体取向。

Claims (1)

1.一种Al、F共掺杂的ZnO基透明导电薄膜的制备方法，其特征在于利用射频磁控溅射设备，采用Al、F共掺杂的靶材在基片上沉积制备出具有高导电性、高可见光透过率的ZAFO透明导电薄膜，包括以下步骤：
1)，首先制作ZAFO靶材，利用AlF3、Al2O3和ZnO粉体，经过均匀混合后，制成ZAFO靶材；ZAFO靶材中含有0.5～3.0wt％的Al，0.82～3.28wt％的F，其余为ZnO；
2)，将步骤1)制作的ZAFO靶材，安装在射频磁控溅射沉积设备真空室内，用机械泵、分子泵把真空室的真空度抽到压强小于3×10-3Pa，同时将基片温度加热到25℃～500℃；
3)，射频磁控溅射镀膜，通过调节沉积工艺参数，采用射频磁控溅射在基片上制备ZAFO透明导电薄膜；
沉积工艺参数：真空室真空度为10～3×10-4Pa；溅射气氛为高纯Ar气；流量为30sccm；溅射压强为0.3～0.7Pa；溅射功率为100～150W；直流偏压在100～220V；靶材基片距离为60mm；溅射时间为600～3000s；基片包括：石英片、硅片或各种玻璃基片。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102312201B (zh) * 2010-06-30 2013-10-02 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种Al掺杂的氧化锌透明导电薄膜的制备方法
CN102453869A (zh) * 2010-10-28 2012-05-16 海洋王照明科技股份有限公司 铝掺杂氧化锌导电膜制备方法和应用
CN103243297A (zh) * 2012-02-10 2013-08-14 海洋王照明科技股份有限公司 卤素掺杂azo导电膜及其制备方法
CN103243299B (zh) * 2012-02-10 2016-08-03 海洋王照明科技股份有限公司 Azo-卤化锌双层导电膜及其制备方法
CN102888585B (zh) * 2012-10-28 2014-11-26 梧州奥卡光学仪器有限公司 增透膜制备工艺方法
CN102976392B (zh) * 2012-12-21 2015-01-07 苏州大学 一种CaF2掺杂的纳米ZnO及其制备方法
KR20140144068A (ko) * 2013-06-10 2014-12-18 삼성전자주식회사 불소를 포함하는 징크 타겟, 이를 이용한 징크 나이트라이드 박막의 제조방법 및 박막 트랜지스터 제조방법
CN105390178B (zh) * 2015-11-30 2017-11-03 东北师范大学 一种氧化锌基透明导电薄膜及其制备方法与应用
CN114807852B (zh) * 2021-01-19 2024-09-10 香港大学 通过脉冲激光沉积制备的透明且高k的薄膜
CN115323318B (zh) * 2022-07-07 2023-11-14 北京科技大学 一种提高金刚石基薄膜电阻附着力的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1453840A (zh) * 2003-05-16 2003-11-05 山东大学 一种p型氧化锌薄膜的制备方法
CN1916057A (zh) * 2005-08-17 2007-02-21 中科纳米技术工程中心有限公司 阳光控制低辐射透明薄膜及其制备方法和用途

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004032189A2 (en) * 2002-09-30 2004-04-15 Miasolé Manufacturing apparatus and method for large-scale production of thin-film solar cells

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1453840A (zh) * 2003-05-16 2003-11-05 山东大学 一种p型氧化锌薄膜的制备方法
CN1916057A (zh) * 2005-08-17 2007-02-21 中科纳米技术工程中心有限公司 阳光控制低辐射透明薄膜及其制备方法和用途

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