CN102071402A

CN102071402A - 一种金属掺杂氧化锌基薄膜的制备方法

Info

Publication number: CN102071402A
Application number: CN2010105843424A
Authority: CN
Inventors: 毛启明; 牟海川; 姜来新
Original assignee: Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Current assignee: Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Priority date: 2010-12-11
Filing date: 2010-12-11
Publication date: 2011-05-25

Abstract

本发明涉及半导体材料制备领域，具体地是一种金属掺杂氧化锌基薄膜的制备方法，其特征在于步骤如下：基片清洗后，放入磁控溅射装置室中，其反应室内抽至超高真空，采用高纯度金属作和高纯度氧化锌为原料靶材，实现两种靶材的共溅射镀膜；以氩气和高纯氧气按一定比例混合的气体作为溅射气体和反应气体，经流量计控制流量输入反应室中，进行溅射生长；制备完毕的薄膜在真空环境下退火处理。该方法简化了氧化锌均匀掺杂的工艺过程，缩短了研发成本，并且该工艺过程稳定可靠，有益于实现大规模工业化的生产。

Description

一种金属掺杂氧化锌基薄膜的制备方法

技术领域：

本发明涉及一种薄膜的制备方法，特别是涉及一种金属掺杂氧化锌基薄膜的制备方法。

技术背景：

在目前的透明电极中，使用最广泛的是掺杂氧化铟薄膜，但是它存在着铟扩散的问题，会极大的影响器件的性能，尤其是会造成薄膜太阳能电池性能衰减，因此，人们通过增加阻挡层来降低铟扩散、提高器件性能，但是这样一来，制备工艺就变得非常复杂，另外，铟又是一种稀有金属，这使得使用透明电极的成本非常高。

而使用氧化锌作为透明电极则会大大降低成本。由于氧化锌(ZnO)薄膜中存在本征施主缺陷，如间隙锌原子、氧空位等，使得氧化锌(ZnO)薄膜天然呈弱型导电。因此氧化锌薄膜的电阻率一般较高，在10-2Ω·cm数量级。但通过调整生长、掺杂或退火条件等均可使导电性能大幅提高。目前，在氧化锌基掺杂金属的工艺和方法中存在的主要问题是掺杂金属的含量难于精确控制和工艺重复性差、成本较高等问题。

发明内容：

本发明的目的就是要解决目前金属掺杂氧化锌基薄膜中的不足而提出的一种有效方法，适用于透明导电薄膜的研究，其工艺成本低、重复性好、可控性强。

本发明提供一种金属掺杂氧化锌基薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)基片清洗后，放入磁控溅射装置室中，其反应室内抽至高真空；

2)采用高纯度金属纯度高于99.96％作为掺杂物靶材、高纯度氧化锌纯度高于99.96％为原料靶材，实现共溅射镀膜；

3)以氩气和高纯氧气混合气体作为溅射气体和反应气体，氩气和氧气的流量比为3∶1～1∶1；

4)在压强0.5～2帕斯卡、温度50-100度的低温条件下，进行溅射生长金属掺杂氧化锌基薄膜；

5)；氧化锌中金属的掺杂量可以通过溅射时的溅射功率来控制，金属靶与氧化锌靶的溅射功率比为：1∶1～1∶1.6，氧化锌的溅射功率为50瓦

6)制备完毕的薄膜在真空环境下退火处理，降至室温取出样品。

所述的金属为铜、或银、或钯。

所述的退火处理的真空度小于1×10-3帕斯卡，退火温度为600～800度，退火时间为10～25分钟。

所述的衬底为硅片、或石英玻璃、或玻璃。

附图说明

图1磁控溅射装置中金属靶材与氧化锌靶材共溅射的示意图；

图2实施例1铜掺杂氧化锌薄膜的典型形貌图；

图3实施例1铜掺杂氧化锌薄膜的EDX能谱；

图4实施例1铜掺杂氧化锌薄膜的光学透射图谱。

具体实施方式：

实施例1：

制备铜掺杂氧化锌(ZnO)薄膜，其步骤为：

1)硅片清洗后，放入磁控溅射装置室中，其反应室内抽至高真空为3×10^-4帕斯卡。

2)采用纯度为99.99％的金属铜作为掺杂靶材、纯度为99.96％的氧化锌为原料靶材，可以共溅射。

3)以氩气和高纯氧气混合气体作为溅射气体和反应气体，氩气和氧气的流量比为1∶1，氩气流量为30sccm。

4)在压强0.5帕斯卡、温度50度的低温条件下，进行溅射生长金属铜掺杂氧化锌基薄膜。

5)金属靶与氧化锌靶的溅射功率为1∶1，氧化锌的溅射功率为50瓦。

6)制备完毕的薄膜在真空度小于1×10-3帕斯卡，600度、退火20分钟后，降至室温取出样品。

从图2铜掺杂氧化锌薄膜的典型形貌图，可看到其表面均匀、致密、平整；

从图3铜掺杂氧化锌薄膜的EDX能谱，可看到EDX检测Cu含量占0.84％，霍尔效应测得薄膜电阻率为1.2×10-3Ω·cm、面电阻率为117.6Ω/sq；

从图4铜掺杂氧化锌薄膜的光学透射图谱，可看到薄膜在可见光区的透射率大95％以上，在390nm波长处出现强烈的紫外吸收峰)。图中曲线对应Cu掺杂氧化锌制备的薄膜。

实施例2：

制备钯掺杂氧化锌薄膜，其步骤为：

1)石英片清洗后，放入磁控溅射装置室中，其反应室内抽至高真空为3×10^-4帕斯卡。

2)采用纯度为99.98％的金属钯作为掺杂靶材、纯度为99.96％的氧化锌为原料靶材，分别放置在相应的靶材基座上。

3)以氩气和高纯氧气混合气体作为溅射气体和反应气体，氩气和氧气的流量比为2∶1，氩气流量为20sccm。

4)在压强0.8帕斯卡、温度100度的低温条件下，进行溅射生长金属钯掺杂氧化锌基薄膜。

5)金属钯靶与氧化锌靶的溅射功率为1∶1.6，氧化锌的溅射功率为50瓦。

6)制备完毕的薄膜在真空度小于1×10-3帕斯卡，800度、退火25分钟后，降至室温取出样品。

实施例3

制备银掺杂氧化锌薄膜，其步骤为：

1)玻璃片清洗后，放入磁控溅射装置室中，其反应室内抽至高真空为3×10^-4帕斯卡。

2)采用纯度为99.99％的金属Ag作为掺杂靶材、纯度为99.96％的氧化锌为原料靶材，分别放置在相应的靶材基座上。

3)以氩气和高纯氧气混合气体作为溅射气体和反应气体，氩气和氧气的流量比为3∶1，氩气流量为20sccm。

4)在压强2帕斯卡、温度80度的低温条件下，进行溅射生长金属银掺杂氧化锌基薄膜。

5)金属银靶与氧化锌靶的溅射功率为1∶1.2，氧化锌的溅射功率为50瓦。

6)制备完毕的薄膜在真空度小于1×10-3帕斯卡，650度、退火10分钟后，降至室温取出样品。

Claims

1.一种金属掺杂氧化锌基薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种金属掺杂氧化锌基薄膜的制备方法，所述的金属为铜、或银、或钯。

3.如权利要求1所述的一种金属掺杂氧化锌基薄膜的制备方法，其特征在于，所述的退火处理的真空度小于1×10-3帕斯卡，退火温度为600～800度，退火时间为10～25分钟。

4.如权利要求1所述的一种金属掺杂氧化锌基薄膜的制备方法，其特征在于，所述的衬底为硅片、或石英玻璃、或玻璃。