CN101985741A - 一种提高铟掺杂氧化锌透明导电膜导电性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高铟掺杂氧化锌透明导电膜导电性能的方法。该法采用在真空状态下或往退火炉内充入一定量的惰性气体(如氮气、氩气等)、氢气或他们的混合气体对IZO透明导电膜进行退火处理，经退火处理后的IZO透明导电膜电阻率显著降低，而且退火后能保持IZO透明导电膜的高透过率。该法涉及的工艺条件为：气氛压强为10-4～105Pa，退火温度为80～600℃，退火时间为3秒～24小时。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高铟掺杂氧化锌透明导电膜导电性能的方法，属于光电子功能材料技术领域。
背景技术
氧化物透明导电膜广泛应用于太阳能电池、平板显示等领域。掺锡氧化铟(ITO)是当前应用最广泛的透明导电膜，但是铟含量非常高(＞90wt％)，而铟属于稀缺资源，这就使ITO透明导电膜的成本高昂。氧化锌(ZnO)是一种廉价的宽禁带半导体，对于波长大于400nm以上的光具有优良的透过性，掺杂III-V族杂质以后导电性能显著提高。目前，铟掺杂的氧化锌(IZO)中铟含量～90％时，电阻率较低(～10-4Ωcm)(Thin Solid Films，2008，516：2045；J.Korean Phys.Soc.，2004，45：732；Jpn.J.Appl.Phys.，2004，43：745)；而当铟含量较低(＜10％)时电阻率一般都比较高(～10-3Ωcm)(Thin Solid Films，2005，484：184；J Mater.Sci.27(1992)4705；中国专利公开说明书CN200680026929.5)。为了降低铟的使用量和透明导电膜的成本，目前许多科研工作者都致力于研究低铟含量的透明导电膜，其工作主要集中在调节薄膜沉积工艺参数以期提高薄膜的导电性能。本发明提出了一种简单的提高低铟含量IZO透明导电膜导电性能的方法。
发明内容
针对当前低铟含量IZO透明导电膜电阻率较高的现状，本发明提出在真空状态下或往退火炉内充入一定量的惰性气体(如氮气、氩气等)、氢气或他们的混合气体对IZO透明导电膜进行退火处理达到提高导电性能的目的。退火过程中可采用电阻加热、微波加热、激光加热、电火花或电弧加热、中高频加热、等离子加热等加热方式，以达到预期的退火温度。根据不同的加热方式和退火气氛，可以控制不同的退火时间。本发明适用于采用磁控溅射方法在碱玻璃、石英玻璃、蓝宝石、氮化铝、氮化镓、碳化硅、氧化锌、硒化锌等透明衬底上沉积的IZO透明导电膜，薄膜厚度为2～2000nm。该透明导电膜可以是采用氧化锌靶与氧化铟靶(或金属铟靶)共溅射制备，也可以是采用铟掺杂氧化锌复合靶单靶溅射制备，还可以采用锌靶和铟靶反应溅射制备或者采用锌、铟合金靶反应溅射制备。该透明导电膜中铟含量较低(铟原子与铟原子和锌原子之和的原子比[In/(In+Zn)]≤50％，优选[In/(In+Zn)]≤10％)。本发明优化的退火工艺条件为：气氛压强为10-4～105Pa，退火温度为80～600℃，退火时间为3秒～24小时。
附图说明
图1为IZO透明导电膜在退火处理前后透过率对比图。从图中可以看出IZO透明导电膜在退火处理前后透过率都大于80％(在850nm处高达92％)，而且经退火处理后IZO透明导电膜的透过率保持与退火前一致。
图2为IZO透明导电膜在退火处理前后X射线衍射谱对比图。从图中可以看出IZO透明导电膜在退火处理前后均保持为沿(002)取向的六方纤锌矿相结构。
具体实施方式
以下参考实施例进一步说明本发明。
实施例1
首先使用纯度为99.9％的氧化锌陶瓷靶和铟金属靶经磁控溅射方法共溅射沉积厚度为200nm左右的IZO透明导电膜，薄膜沉积工艺参数为：氩气流量为20sccm，氩气压强为0.5Pa，本底真空为2×10-4Pa，衬底温度为400℃，氧化锌靶和铟靶的射频溅射功率分别为10W/cm2和2W/cm2，偏压为-100V，样品转速为6转/分。经测试表明该IZO透明导电膜中铟原子与铟原子和锌原子之和的原子比[In/(In+Zn)]≈3.5％，铟含量非常低，其晶体结构为沿(002)取向的六方纤锌矿相结构，电阻率为1.3×10-3Ωcm，载流子浓度为1.1×1021/cm3，迁移率为4.53cm2V-1S-1，透过率为～85％(400～1500nm)。
然后将制备好的IZO透明导电膜放入到退火炉内，抽真空至10-2Pa后开始加热，待温度升到大于80℃时通入氩气、氮气、氢气或他们的混合气体，保持炉内压强为10-1～105Pa，恒温100分钟后停止加热同时停止通入气氛，保持炉内处于真空状态(10-2Pa)，待温度降到室温后取出样品进行测试。测试结果表明经处理后电阻率为6.7×10-4Ωcm，载流子浓度为1.1×1021/cm3，迁移率为8.76cm2V-1S-1，透过率为～85％(400～1500nm)。说明退火处理有利于提高IZO透明导电膜的导电性能，但是透过率保持不变。
Claims (7)
1.一种提高铟掺杂氧化锌透明导电膜导电性能的方法，其特征在于：该方法采用在真空状态下或往退火炉内充入一定量的惰性气体、氢气或他们的混合气体对IZO透明导电膜进行退火处理。
2.权利要求1所述的提高铟掺杂氧化锌透明导电膜导电性能的方法，其特征在于：该法涉及的退火气氛压强为10-4～105Pa，退火温度为80～600℃，根据不同加热方式和退火温度，退火时间为3秒～24小时。
3.权利要求1所述的提高铟掺杂氧化锌透明导电膜导电性能的方法，其特征在于：退火方式可采用电阻加热、微波加热、激光加热、电火花或电弧加热、中高频加热、等离子加热等加热方式，以达到预期的退火温度。
4.权利要求1所述的提高铟掺杂氧化锌透明导电膜导电性能的方法，其特征在于：所制备的IZO透明导电膜是采用磁控溅射方法在碱玻璃、石英玻璃、蓝宝石、氮化铝、氮化镓、碳化硅、氧化锌、硒化锌等透明衬底上制备，薄膜厚度为2～2000nm。
5.权利要求1所述的提高铟掺杂氧化锌透明导电膜导电性能的方法，其特征在于：所针对的IZO透明导电膜可以是采用氧化锌靶与氧化铟靶或金属铟靶共溅射制备，也可以是采用铟掺杂氧化锌复合靶单靶溅射制备，还可以采用锌靶和铟靶反应溅射制备或者采用锌、铟合金靶反应溅射制备。
6.权利要求1所述的提高铟掺杂氧化锌透明导电膜导电性能的方法，其特征在于：所针对的IZO透明导电膜中铟原子与铟原子和锌原子之和的原子比[In/(In+Zn)]≤50％。
7.权利要求1所述的提高铟掺杂氧化锌透明导电膜导电性能的方法，其特征在于：利用该种方法退火处理后的具有优异光电性能的IZO导电膜，可应用于太阳能电池、发光二极管、液晶显示LCD、触摸屏、晶体管、平板显示等。
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