CN104630716A - 一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法 - Google Patents

一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法,属于功能薄膜材料技术领域，制备方法步骤中包括：A、陶瓷靶材的制备：利用高温固相反应法烧结Ca3Co4O9陶瓷靶材；B、脉冲激光沉积薄膜：将得到的靶材放入PLD腔体，通过脉冲激光沉积技术在单晶基底上生长c轴取向的Ca3Co4O9预制薄膜；C、高纯氧气氛围高温退火：将预制薄膜放在管式高温炉中进行退火处理，退火温度为780-820℃、时间为1-2小时，退火时需向管式炉中通入流动的纯度为99.99％的氧气，氧压0.8-1大气压。本方法制备的透明Ca3Co4O9导电薄膜具有高的载流子浓度和较宽的禁带宽度，因而表现出很好的光电性能，如较低的电阻率和较高的可见光透过率，实验结果可重复、工艺稳定性好。

Description

一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法
技术领域
本发明属于功能薄膜材料技术领域，具体地说是一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法。
背景技术
从平板液晶显示器、薄膜晶体管制造、太阳能电池透明电极以及火车飞机用玻璃除霜到建筑物幕墙玻璃，透明导电氧化物薄膜的应用十分广泛。目前研究主要集中在ZnO，In2O3，SnO2及其掺杂体系SnO2:Sb，SnO2:F，In2O3:Sn(ITO)，ZnO:A1(AZO)等，但上述这些材料都属于n型TCO材料。虽然在ZnO等体系中可通过一定工艺制备出p型TCO材料，但其导电性与n型TCO相差甚远且制备工艺的稳定性和重复性均需大幅度提高。因此，制备出性能优越、工艺条件稳定、重复性好的p型TCO薄膜材料，对研发基于P型TCO材料设计制作的新型透明p-n结、透明晶体管、透明场效应管等透明光电子器件具有非常重要的意义。
发明内容
本发明为了提供一种p型TCO薄膜材料，设计了一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法，本方法制备的透明Ca3Co4O9导电薄膜具有高的载流子浓度和较宽的禁带宽度，因而表现出很好的光电性能，如较低的电阻率和较高的可见光透过率，实验结果可重复、工艺稳定性好。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术手段是：一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法,关键在于：本方法步骤中包括：
A、陶瓷靶材的制备
利用高温固相反应法烧结Ca3Co4O9陶瓷靶材；
B、脉冲激光沉积薄膜
将得到的靶材放入PLD腔体，通过脉冲激光沉积技术在单晶基底上生长c轴取向的Ca3Co4O9预制薄膜；
C、高纯氧气氛围高温退火
将预制薄膜放在管式高温炉中进行退火处理，退火温度为780-820℃、时间为1-2小时，退火时需向炉中通入流动的纯度为99.99％的氧气，氧压0.8-1大气压。
所述的高温固相反应法烧结过程为将CaCO3、Co3O4按钙与钴的摩尔比3:4称量，再经过混合、研磨、压片成型后，在850-950℃的电阻炉内预烧结8-12小时。
所述的CaCO3和Co3O4的纯度均为99.99％。
所述的预烧结过程可重复2-4次。
步骤B中所述的脉冲激光沉积技术的激光频率1-10Hz，激光能量密度1.5-3mJ/cm2，本底真空10-4-10-5Pa，氧压1×10-2-80Pa，基底温度600-700℃，基底和靶材距离40-60mm。
步骤B中所述的单晶基底为c轴取向的Al2O3、LaAlO3、或SrTiO3单晶薄片。
本发明的有益效果是：其一，工艺稳定性好、样品重复率高；其二，制备的p型透明Ca3Co4O9导电薄膜结晶质量好，沿c轴方向取向生长且不含任何杂相；其三，制备的p型透明Ca3Co4O9导电薄膜具有较高的电导率和可见光透过率，光电品质因子高。
附图说明
图1是对制得的透明Ca3Co4O9导电薄膜使用D8型X-射线衍射仪测试后得到的XRD图谱。
图2是透明Ca3Co4O9导电薄膜的透射光谱，图中横坐标为波长，纵坐标为透过率。
图3是透明Ca3Co4O9导电薄膜的低温电阻率图谱，图中横坐标为温度，纵坐标为电阻率。
图4是通过对本发明透明Ca3Co4O9导电薄膜的吸收系数进行拟合得到的光学带隙，图中横坐标为光子能量(hυ)，纵坐标为(αhυ)2。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
p型透明导电薄膜Ca3Co4O9的制备方法依以下步骤顺序进行：
A、将高纯CaCO3，Co3O4按钙与钴的摩尔比3:4，称量，混合，研磨，
压片成型，在900℃的管式高温退火炉内预烧结10小时，自然降温至
室温，这样重复预烧结2-3次，制得沉积所用的Ca3Co4O9靶材；
B、将制得的Ca3Co4O9靶材放入PLD腔体，通过脉冲激光沉积，在LaAlO3基底按照上述参数沉积Ca3Co4O9薄膜。
C、在高纯氧气氛围下高温退火2小时、退火温度为820℃，得到沿c轴取向生长的Ca3Co4O9薄膜。
用激光器为308nm的XeCl准分子激光器，XRD测试表明制备的p型Ca3Co4O9薄膜为c轴取向生长，可参见附图1；其室温电阻率为7.3mΩcm，可参见附图2；可见光平均透过率为50％，可参见附图3；光学带隙为2.1eV，可参见附图4。

Claims (6)

1.一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法,其特征在于：本方法步骤中包括：
A、陶瓷靶材的制备
利用高温固相反应法烧结Ca3Co4O9陶瓷靶材；
B、脉冲激光沉积薄膜
将得到的靶材放入PLD腔体，通过脉冲激光沉积技术在单晶基底上生长c轴取向的Ca3Co4O9预制薄膜；
C、高纯氧气氛围高温退火
将预制薄膜放在管式高温炉中进行退火处理，退火温度为780-820℃、时间为1-2小时，退火时需向炉中通入流动的纯度为99.99％的氧气，氧压0.8-1大气压。
2.根据权利要求1所述的一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述的高温固相反应法烧结过程为将CaCO3、Co3O4按钙与钴的摩尔比3:4称量，再经过混合、研磨、压片成型后，在850-950℃的管式高温退火炉内预烧结8-12小时。
3.根据权利要求2所述的一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述的CaCO3和Co3O4的纯度均为99.99％。
4.根据权利要求2所述的一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述的预烧结过程可重复2-4次。
5.根据权利要求1所述的一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤B中所述的脉冲激光沉积技术的激光频率1-10Hz，激光能量密度1.5-3mJ/cm2，本底真空10-4-10-5Pa，氧压1×10-2-80Pa，基底温度600-700℃，基底和靶材距离40-60mm。
6.根据权利要求1所述的一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤B中所述的单晶基底为c轴取向的Al2O3、LaAlO3、或SrTiO3单晶薄片。
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