CN112144029A - 一种高透高迁移率ito薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于新能源新材料领域,尤其涉及一种ITO薄膜,具体为一种高透高迁移率ITO薄膜的制备方法。该方法包括以下步骤:S1、在衬底上生长In2O3籽晶层;S2、在S1生长的In2O3籽晶层上生长ITO薄膜;S3、将S2中的复合薄膜进行退火处理。本发明提供的ITO薄膜的制备方法,通过在两步法制备ITO薄膜引入In2O3籽晶层,提高了与P型半导体材料的接触特性,同时在制备过程中引入氢气,提高了ITO薄膜透过率、与载流子迁移率,薄膜材料的性能显著得到提高。
Description
技术领域
本发明属于新能源新材料领域,尤其涉及一种ITO薄膜,具体为一种高透高迁移率ITO薄膜的制备方法。
背景技术
透明导电薄膜是平板电视、触摸屏、光伏电池等器件制造必要的组成部件之一。近年来,随着触摸显示技术、能源等产业的发展,人们对透明导电薄膜的需求量急剧增大,而在透明导电薄膜中,应用最广的一类是锡掺杂氧化铟薄膜,俗称ITO薄膜。ITO薄膜在半导体器件中有着重要的作用,其作用基本体现在透光、导电、界面接触等几个方面。由于ITO薄膜是一种陶瓷薄膜,其抗弯折性差,多次形变之后薄膜易开裂,从而使电阻显著增大,导致器件效果变差。
所以目前也有低电阻特性的铜金属网栅透明导电薄膜出现,但是其透明沉底PET本身的可见光区透过率低于92%,因此难以获得高透过率和低电阻的透明导电薄膜。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题,提供一种高透高迁移率ITO薄膜的制备方法。该方法具体是一种与P型半导体材料,特别是P型非晶硅材料具有优异接触性能的高透高迁移率ITO薄膜的磁控溅射制备方法。
为了实现以上发明目的,本发明的技术方案为:
一种高透高迁移率ITO薄膜的制备方法,其包括以下步骤:
S1、在衬底上生长In2O3籽晶层;
S2、在S1生长的In2O3籽晶层上生长ITO薄膜;
S3、将S2中的复合薄膜进行退火处理。
根据一个优选的实施方式,所述的在衬底上生长In2O3籽晶层的温度为室温(25℃);衬底可为玻璃、硅等等。
根据一个优选的实施方式,所述的在衬底上生长In2O3籽晶层的靶材为In2O3靶材。
根据一个优选的实施方式,所述的In2O3籽晶层的磁控溅射的功率密度在30mW/cm2-500mW/cm2。
根据一个优选的实施方式,所述的In2O3籽晶层的磁控溅射的气氛为H2与Ar的混合气氛,且H2与Ar的流量比在1:50-1:100之间皆可。
根据一个优选的实施方式,所述的In2O3籽晶层的厚度为1-10nm。
根据一个优选的实施方式,所述的生长完In2O3籽晶层后,生长ITO薄膜之前,腔室不破空。
根据一个优选的实施方式,所述的生长ITO薄膜的温度为室温(25℃)。
根据一个优选的实施方式,所述的在In2O3籽晶层上生长ITO薄膜的靶材为ITO靶材,其中In、Sn的重量比为5:95-10:90。
根据一个优选的实施方式,所述的ITO薄膜层的磁控溅射的功率密度在30mW/cm2-500mW/cm2。
根据一个优选的实施方式,所述的ITO薄膜层的磁控溅射的气氛为H2、O2与Ar的混合气氛,且H2与Ar的流量比在1:50-1:100之间,且H2与O2的流量比在1:1-1:10之间。
根据一个优选的实施方式,所述的ITO薄膜层的厚度依器件要求而定。
根据一个优选的实施方式,所述的将上述复合薄膜进行退火的气氛为空气。
根据一个优选的实施方式,所述的将上述复合薄膜进行退火的气压为0.8-1.2atm。
根据一个优选的实施方式,所述的将上述复合薄膜进行退火的温度为180-220℃。
根据一个优选的实施方式,所述的将上述复合薄膜进行退火的时间为为10-60min。
采用以上方法制备得到的ITO薄膜层透过率与载流子迁移率提高,薄膜材料的性能也得到显著提高。如薄膜的厚度为80nm时,在400-1100nm的平均透过率为75.7%,载流子迁移率为63cm2/Vs,接触电阻为1.1×10-4Ωcm2。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案,均为本发明可采用并要求保护的方案;且本发明,(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合,均为本发明所要保护的技术方案,在此不做穷举。
本发明的有益效果:本发明提供的ITO薄膜的制备方法,通过在两步法制备ITO薄膜,引入In2O3籽晶层提高了与P型半导体材料的接触特性,同时在制备过程中引入氢气,提高了ITO薄膜透过率与载流子迁移率,使薄膜材料的性能显著得到提高。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述,但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段,做出各种替换和变更,均应包括在本发明的范围内。
以下各实施例中ITO薄膜的透过率使用PerkinElmer Lambda 950进行测试;载流子迁移率根据范德堡测试方法测试得到;接触电阻根据线性接触线测试方法测试得到。
实施例1:
一种高透高迁移率ITO薄膜的制备方法,包括以下步骤:
S1、在衬底上生长In2O3籽晶层;
S2、在S1生长的In2O3籽晶层上生长ITO薄膜;
S3、将S2中的复合薄膜进行退火处理,即得。
S1步骤中,以玻璃为衬底,先清洗衬底,然后在衬底上生长In2O3籽晶层。生长In2O3籽晶层时,先装好In2O3靶材,并按In2O3籽晶层的生长参数进行控制:
In2O3籽晶层的生长参数
温度 | H<sub>2</sub>流量 | Ar流量 | 溅射功率 | 厚度 |
常温 | 3sccm | 250sccm | 100mW/cm<sup>2</sup> | 5nm |
生长完In2O3籽晶层后,生长ITO薄膜之前,腔室不破空。
S2步骤,生长ITO薄膜,以ITO靶材为生长ITO薄膜的靶材,控制In与Sn的重量比为5:95,ITO薄膜层的磁控溅射的气氛为H2、O2与Ar的混合气氛,具体生长参数如下:
ITO薄膜层的生长参数
温度 | H<sub>2</sub>流量 | O<sub>2</sub>流量 | Ar流量 | 溅射功率 | 厚度 |
常温 | 3sccm | 5sccm | 250sccm | 100mW/cm<sup>2</sup> | 75nm |
S3步骤,复合薄膜进行退火的气氛为空气。
退火参数:
温度 | 气压 | 时间 |
200℃ | 1atm | 25min |
实施例2:
一种高透高迁移率ITO薄膜的制备方法,包括以下步骤:
S1、在衬底上生长In2O3籽晶层;
S2、在S1生长的In2O3籽晶层上生长ITO薄膜;
S3、将S2中的复合薄膜进行退火处理,即得。
S1步骤中,以玻璃为衬底,先清洗衬底,然后在衬底上生长In2O3籽晶层。生长In2O3籽晶层时,先装好In2O3靶材,并按In2O3籽晶层的生长参数进行控制:
In2O3籽晶层的生长参数
温度 | H<sub>2</sub>流量 | Ar流量 | 溅射功率 | 厚度 |
常温 | 5sccm | 500sccm | 300mW/cm<sup>2</sup> | 5nm |
生长完In2O3籽晶层后,生长ITO薄膜之前,腔室不破空。
S2步骤,生长ITO薄膜,以ITO靶材为生长ITO薄膜的靶材,控制In与Sn的重量比为5:95,ITO薄膜层的磁控溅射的气氛为H2、O2与Ar的混合气氛,具体生长参数如下:
ITO薄膜层的生长参数
温度 | H<sub>2</sub>流量 | O<sub>2</sub>流量 | Ar流量 | 溅射功率 | 厚度 |
常温 | 5sccm | 5sccm | 500sccm | 300mW/cm2 | 75nm |
S3步骤,复合薄膜进行退火的气氛为空气。
退火参数:
温度 | 气压 | 时间 |
200℃ | 1atm | 25min |
实施例3:
一种高透高迁移率ITO薄膜的制备方法,包括以下步骤:
S1、在衬底上生长In2O3籽晶层;
S2、在S1生长的In2O3籽晶层上生长ITO薄膜;
S3、将S2中的复合薄膜进行退火处理,即得。
S1步骤中,以玻璃为衬底,先清洗衬底,然后在衬底上生长In2O3籽晶层。生长In2O3籽晶层时,先装好In2O3靶材,并按In2O3籽晶层的生长参数进行控制:
In2O3籽晶层的生长参数
温度 | H<sub>2</sub>流量 | Ar流量 | 溅射功率 | 厚度 |
常温 | 2sccm | 150sccm | 60mW/cm<sup>2</sup> | 5nm |
生长完In2O3籽晶层后,生长ITO薄膜之前,腔室不破空。
S2步骤,生长ITO薄膜,以ITO靶材为生长ITO薄膜的靶材,控制In与Sn的重量比为5:95,ITO薄膜层的磁控溅射的气氛为H2、O2与Ar的混合气氛,具体生长参数如下:
ITO薄膜层的生长参数
温度 | H<sub>2</sub>流量 | O<sub>2</sub>流量 | Ar流量 | 溅射功率 | 厚度 |
常温 | 2sccm | 2sccm | 150sccm | 60mW/cm2 | 75nm |
S3,复合薄膜进行退火的气氛为空气。
退火参数
对比例1:
与实施例1制备方法一致,仅在S1、S2步骤中不通氢气。将实施例1中制备得到的ITO薄膜与对比例1中薄膜进行性能对比,具体对比数据如下:
对比例2:
与实施例1制备方法一致,仅在S2步骤中不通氢气。将实施例1至实施例3中制备得到的ITO薄膜与对比例1和对比例2中得到的薄膜进行性能对比,具体对比数据如下:
表1ITO薄膜材料性能对比(80nm)
从以上数据可以看出,如果不通氢气,会导致ITO薄膜材料载流子迁移率明显降低,这是因为氢可以钝化薄膜中的部分缺陷,降低缺陷对载流子的散射。
对比例3:
与实施例1制备方法一致,仅取消S1步骤,即取消In2O3籽晶层。
表2ITO薄膜于P型非晶硅薄膜接触性能对比
注:对比组无In2O3籽晶层。
前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例,均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中,各选择例,与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高透高迁移率ITO薄膜的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
S1、在衬底上生长In2O3籽晶层;
S2、在S1生长的In2O3籽晶层上生长ITO薄膜;
S3、将S2中的复合薄膜进行退火处理。
2.如权利要求1所述高透高迁移率ITO薄膜的制备方法,其特征在于:在衬底上生长In2O3籽晶层的温度为室温;在衬底上生长In2O3籽晶层的靶材为In2O3靶材。
3.如权利要求1所述高透高迁移率ITO薄膜的制备方法,其特征在于:In2O3籽晶层的磁控溅射的功率密度在30mW/cm2-500 mW/cm2。
4.如权利要求1所述高透高迁移率ITO薄膜的制备方法,其特征在于:In2O3籽晶层的磁控溅射的气氛为H2与Ar的混合气氛,且H2与Ar的流量比为1:50-1:100。
5.如权利要求1所述高透高迁移率ITO薄膜的制备方法,其特征在于:In2O3籽晶层的厚度为1-10nm;所述的生长完In2O3籽晶层后,生长ITO薄膜之前,腔室不破空。
6.如权利要求1所述高透高迁移率ITO薄膜的制备方法,其特征在于:所述的在In2O3籽晶层上生长ITO薄膜的靶材为ITO靶材,其中In、Sn的重量比为5:95-10:90。
7.如权利要求1所述高透高迁移率ITO薄膜的制备方法,其特征在于:所述的ITO薄膜层的磁控溅射的功率密度在30mW/cm2-500 mW/cm2。
8.如权利要求1所述高透高迁移率ITO薄膜的制备方法,其特征在于:所述的ITO薄膜层的磁控溅射的气氛为H2、O2与Ar的混合气氛,且H2与Ar的流量比在1:50-1:100之间,H2与O2的流量比在1:1-1:10之间。
9.如权利要求1所述高透高迁移率ITO薄膜的制备方法,其特征在于:所述的ITO薄膜层的厚度依器件要求而定,复合薄膜进行退火的气氛为空气;复合薄膜进行退火的气压为0.8-1.2atm;复合薄膜进行退火的温度为180-220℃;复合薄膜进行退火的时间为为10-60min。
10.一种如权利要求1-9中任一项方法制备得到的所述高透高迁移率ITO薄膜,其特征在于:该ITO薄膜透过率与载流子迁移率高,薄膜材料的性能得到显著提高。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201229 |
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