CN208385439U - 一种新型金属掺杂ito透明导电薄膜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜。新型金属掺杂ITO透明导电薄膜包括新型金属掺杂ITO薄膜和基底材料，所述新型金属掺杂ITO薄膜与基底材料接触，所述新型金属掺杂ITO薄膜包括掺杂金属薄膜和ITO薄膜，所述掺杂金属薄膜和ITO薄膜通过退火处理键合在一起。本实用新型的透明导电薄膜是通过先生长一层ITO薄膜后生长掺杂金属薄膜，再一起通过高温退火后而形成，得到的透明导电薄膜在ITO透明导电薄膜基础上，具有更大的薄膜光学透过率和更低的薄膜方块电阻；本实用新型在原有设备上不需要引入新的设备，结构简单，因此不会增大工艺难度，同时有利于提高薄膜光电性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及透明导电薄膜领域，具体涉及一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜。
背景技术
在光电子器件的制备过程中，为与外延片形成良好的欧姆接触，并且减少对发射光源的吸收，制备一种低接触电阻和高光学透过率的透明导电薄膜至关重要。例如，常在蓝光和绿光LED芯片制备工艺中作为透明电流扩展层的ITO薄膜因吸收带隙问题在紫外芯片的制备中受到一定的限制。因此，制备一种更宽波长范围内仍有透明导电属性的薄膜势在必行。目前研究的新型薄膜主要有石墨烯薄膜；Ga2O3薄膜；优化的ITO薄膜等。
石墨烯（Graphene）材料具有量电子输运特性、高本征迁移率、热导率等优异的物理特性，且作为一种透过率在紫外区域没有缺陷的薄膜，理想单层石墨烯透过率可达98%，导电率可达100Ω/sq，在作为光电子器件透明电极方面引起关注。但由于裸石墨烯和p-GaN层的工作功能不同，以及石墨烯层的高方块电阻，使其在LED的应用中遇到一些困难，从而导致了高的正向工作电压和低的光输出功率。由于费米能级的改变，化学电荷转移掺杂增加了石墨烯的功函数，而掺杂可以降低石墨烯的片状电阻，从而提高导电性。2013年，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所提出一种基于石墨烯的透明导电电极及其制法。采用石墨烯薄膜代替ITO或Ni/Au作为GaN基LED、紫外光探测器的透明导电电极，能够实现低成本、高亮度的发光器件，扩大了碳纳米材料在GaN基光电器件领域的应用。Eun-Kyung Suh等人通过在石墨烯里面掺杂Au制备的透明电极薄膜用于制备380nmUV LED，使之在20mA注入电流下输出功率有20%的提升，能够实现90 Ω/sq的方块电阻，20mA下5.85V的正向电压；且其在200-800nm之间的透过率基本在88%保持水平。Eun-Kyung Suh等人还通过在石墨烯下层生长100nmITO并将其刻蚀成纳米颗粒，再生长一层石墨烯薄膜，使380nmUV LED在20mA下达到4.9eV电压，在100mA下使输出功率相对ITO薄膜增强了60%。总体来说，薄膜电阻仍然较大，导致正向电压高。
Ga2O3材料作为一种宽带系材料，禁带宽度约为5eV，因其在紫外波段具有很高的透过率，在紫外LED的制备方面受到广泛研究。但由于Ga2O3是一种宽禁带半导体材料，其导电性能很差。人们通过掺杂In或者Sn形成β-Ga2O3来提升其导电性能，Orita M，HiramatsuH等人在880℃的硅玻璃上制备了多晶β-Ga2O3薄膜，获得了约1 S/cm的电导率，通过制备201取向Sn掺杂的β-Ga2O3薄膜，获得的最大电导率为8.2 S/cm(约1.22×104Ω/sq)，但这仍然难以用于LED导电薄膜制备。Liu JJ等人通过调整生长温度，ITO厚度等条件来改善Ga2O3/ITO薄膜方块电阻和透过率，在280nm处可以实现323Ω/sq方块电阻和77.6%透过率；Jae-kwan Kim 等人实现了在380nm处透过率为80.94%，方块电阻为58.6Ω/sq；韩国KieYoung Woo小组制备Ag/Ga2O3模型，通过Ag插入层改善薄膜的接触特性和导电率，在380nm实现91%的透过率和3.06×10-2Ωcm2的比接触电阻电阻率。
全新的透明电极薄膜在实际光电子器件的制备中会面临一些性能的折中，如上述的方块电阻，透过率，欧姆接触方面等，而传统的ITO禁带宽度在3.5eV附近，在紫外波段存在严重光吸收，波长越短，ITO对光谱吸收越严重。于是有一部分课题组致力于对传统ITO薄膜的优化研究。有的研究小组在制备近紫外LED时将ITO薄膜减少到低于60nm，因为在近紫外波段这个厚度的透过率可以接受，然而，薄的ITO却因为较差的电流扩展效应导致了更高的方块电阻和正向电压。M.Bender团队制备ITO-AgCu-ITO多层结构，薄膜总厚80nm，与400nmITO薄膜相比，方块电阻降低至5-7Ω/□，最大透过率在400nm可达83%。J.Song，E.N.Cho等人提出ITO/metal/ITO模型，将金属Ag或Cu掺入ITO中获取更低的方块电阻和高的透过率。W.H.Lin课题组研究了ITO-Ti-ITO-Ti-ITO模型，在380nm处波长比纯ITO薄膜透过率提升了22%。韩国Jae Hoon Lee等人制备了一种ITO/Ag/ITO薄膜，厚约40nm，在380nm实现88%的透过率和9.21 Ω/sq的电阻。JC Dong 等人提出F-掺杂ITO模型，利用F原子取代In原子形成F-O键，从而获得更高的透过率，在380nm可达到86.9%。在100mA注入电流下电压为3.76V，然而光输出功率为5.99mW。Tae-Yeon Seong等人在生长10nmITO之前，利用旋涂技术，在p-GaN表面旋涂15-20μm的Ag纳米线。这种薄膜在385nm最高透过率可达97%，在100mA注入电流时输出功率最大有14%的提升。Jun-Yong Kim等人在ITO上聚附一层银网格，在385nm波长的透过率相比单一ITO层提升了54.2%以上。但这些优化ITO薄膜的工艺大多较为复杂。
实用新型内容
有鉴于此，为解决上述现有技术中的问题，本实用新型提供了一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜，不仅结构简单，还提高了在紫光波段的透过率，降低薄膜的方块电阻，具有工艺简单的优点。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下。
一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜，包括新型金属掺杂ITO薄膜和基底材料，所述新型金属掺杂ITO薄膜与基底材料接触，所述新型金属掺杂ITO薄膜包括掺杂金属薄膜和ITO薄膜，所述掺杂金属薄膜和ITO薄膜通过退火处理键合在一起。
进一步地，所述ITO薄膜的厚度为80～140nm。
进一步地，所述掺杂金属薄膜的厚度为1～3nm。
进一步地，所述掺杂金属薄膜中的掺杂金属原子轨道能级大于In原子和Sn原子。
进一步地，所述基底材料为透明石英片。
与现有技术比较，本实用新型的一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜结构简单，容易实现，提高了在紫光波段的透过率，透过率在400nm以下波段相对ITO薄膜提升，降低薄膜的方块电阻，具有工艺简单的优点。
附图说明
图1为本实用新型的一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜退火处理前的横截面示意图。
图2为本实用新型的一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜退火处理后的横截面示意图。
图3为本实用新型的一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜的方块电阻随掺杂金属厚度变化的变化趋势图。
图4为本实用新型的一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜的透过率曲线图。
图5为本实用新型的一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜相对ITO透明导电薄膜的XPS测试图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体的实施例对本实用新型的具体实施作进一步说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。
如图1、图2所示，为本实用新型的一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜，包括新型金属掺杂ITO薄膜12和基底材料3，所述新型金属掺杂ITO薄膜12与基底材料3接触，所述新型金属掺杂ITO薄膜12包括掺杂金属薄膜1和ITO薄膜2，所述掺杂金属薄膜1和ITO薄膜2通过退火处理键合在一起。
优选的，所述ITO薄膜2的厚度为80～140nm。
优选的，所述掺杂金属薄膜1的厚度为1～3nm。
优选的，所述掺杂金属薄膜1中的掺杂金属原子轨道能级大于In原子和Sn原子。
优选的，所述基底材料3为透明石英片。
本实用新型的关键在于结构上的改进，以下仅为本实用新型制备的具体实施例，不用于限制本实用新型的实施和保护范围。
一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜的制备方法，如图1所示，为本实用新型的一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜退火处理前的横截面示意图，在经由硫酸双氧水，氨水60℃水浴清洗的基底材料3上首先利用电子束常规生长一层ITO薄膜2，再常规生长掺杂金属薄膜1。
ITO薄膜2生长厚度优选在80nm~140nm，掺杂金属薄膜3生长厚度优选控制在1~3nm，掺杂金属原子轨道能级应大于In原子和Sn原子，优选Al原子和Ti原子。
退火气氛为NO比为200:35sccm，经由快速热退火炉600℃氮氧氛围下退火3分钟后，掺杂金属薄膜1中的掺杂金属向下渗透进入ITO薄膜2中，此过程伴随金属氧化物的生成、替换。该优选的退火工艺能更好地使得薄膜在ITO基础上透过率提高和方块电阻降低。
如图2所示，为本实用新型的一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜退火处理后的横截面示意图，ITO薄膜2与掺杂金属薄膜1形成新型金属掺杂ITO薄膜12。
如图3所示，本实用新型的一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜的方块电阻随掺杂金属厚度变化的变化趋势图，掺杂金属ITO透明导电薄膜的方块电阻随着掺杂金属薄膜1中的掺杂金属的厚度增加而降低。
如图4所示，为本实用新型的一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜的透过率曲线图，掺杂金属ITO透明导电薄膜的透过率相对ITO透明导电薄膜在紫外波段有明显提升。
如图5所示，为本实用新型的一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜相对ITO透明导电薄膜的XPS测试图，掺杂金属ITO透明导电薄膜的In和Sn元素含量明显降低，O元素含量增大，且伴随掺杂金属元素的明显提升。
综上所述，本实用新型的一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜及其制备方法，提高了在紫光波段的透过率，降低薄膜的方块电阻，具有工艺简单的优点。
Claims (3)
1.一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜，其特征在于：包括新型金属掺杂ITO薄膜和基底材料，所述新型金属掺杂ITO薄膜与基底材料接触，所述新型金属掺杂ITO薄膜包括掺杂金属薄膜和ITO薄膜，所述掺杂金属薄膜和ITO薄膜通过退火处理键合在一起。
2.根据权利要求1所述的一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜，其特征在于：所述ITO薄膜的厚度为80～140nm。
3.根据权利要求1所述的一种新型金属掺杂ITO透明导电薄膜，其特征在于：所述掺杂金属薄膜的厚度为1～3nm。
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