[發明專利]近紅外高透射率非晶透明導電氧化物薄膜及其制備方法

無效

• 申請號: 200710044240.1
• 申請日: 2007-07-26
• 公開（公告）號: CN101101931A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發明（設計）人: 張群;李桂鋒;李喜峰
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/0224;H01L31/18;H01L33/00;H01L21/203;C23C14/35;C23C14/54;C23C14/06;H01B1/08;H01B13/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于透明導電薄膜技術領域，具體涉及一種非晶透明導電氧化物薄膜及其制備方法。

背景技術

在過去的幾十年中，透明導電氧化物(TCO)薄膜因同時具有可見光范圍的透明性和良好的導電性的獨特性質，在平板顯示器件和太陽能電池等光電子領域獲得了廣泛應用而越來越受到人們的關注。目前，人們正在通過各種方法包括工藝技術、摻雜不同元素、多層膜結構和多組分等致力于改善和優化TCO薄膜的性能，以適應和開發新的應用領域。最具代表性的TCO材料是In₂O₃:Sn(ITO)，它一般具有高的載流子濃度(10²¹cm^-3量級)，低的電阻率(10^-4Ω·cm)；以及寬的禁帶寬度(＞3eV)，使薄膜在可見光范圍具有高的透射率(＞80％)。

ITO薄膜當波長大于1μm時，其透射率急劇下降。這就嚴重阻礙了近紅外區域光線的通過。而我們知道，太陽光在可見光范圍(400-700nm)的能量只占其全發光波長范圍(300-2500nm)的43％。太陽光在紫外區域(300-400nm)的能量為總能量的5％，而在近紅外區域的能量為總能量的52％。如何充分利用近紅外區域的太陽光能量，提高太陽能電池的利用效率，成為人們關注的問題。提高透明導電薄膜在近紅外區域的透射率，是提高太陽能電池的有效途徑之一。另外，對于在近紅外區域使用的傳感器而言，提高近紅外區域的透射率，將有助于提高儀器的靈敏度。

提高透明導電薄膜透明性的有效方法之一是降低薄膜的載流子濃度，但是通常會引起導電性的下降。另一種方法是提高薄膜的載流子遷移率，這是改善TCO的光電學性能的發展方向。申請者采用反應直流磁控濺射法制備高價態差(鉬和鎢容易以六價態離子存在于薄膜之中，即Mo⁺⁶和W⁺⁶與三價態的In⁺³之間形成的價態差為3)In₂O₃:M透明導電氧化物薄膜，獲得了高載流子遷移率，而自由載流子濃度只有2-5×10²⁰cm^-3的低電阻率薄膜，其可見光區域的平均透射率(含1.2mm厚玻璃基底)高于80％。而且，實驗發現這類薄膜在近紅外區域的透射率大大提高，優于ITO薄膜在近紅外區域的透射率。

直流磁控濺射法具有可控性好，沉積速率高的特點，是最為實用的薄膜制備方法之一。而金屬鑲嵌靶具有成本低，成膜速率高而且能夠獲得大面積均勻的薄膜的特點。因此本發明研究采用直流磁控濺射法和In:Mo(或W)金屬鑲嵌靶在室溫條件下制備非晶高性能In₂O₃:M透明導電氧化物薄膜。可以預測，采用氧化銦和氧化鉬(或鎢)制備的氧化物陶瓷靶，通過射頻磁控濺射法也可以制備出光電性能優良，在近紅外區域具有高透射率的In₂O₃:M(M＝Mo，W)非晶透明導電氧化物薄膜。

具有近紅外區域高透射率的非晶In₂O₃:M透明導電氧化物薄膜在不耐高溫的柔性基板太陽能電池和近紅外傳感器領域具有實際應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提出一種工藝穩定性好且易工業化生產的近紅外高透射率非晶透明導電氧化物薄膜及其制備方法。

本發明提出的非晶透明導電氧化物薄膜，是一種摻雜氧化銦薄膜In₂O₃:M，M為Mo或W，由反應直流磁控濺射方法制備獲得，其中，鉬和鎢以六價態離子存在于薄膜之中，薄膜厚度為80-150nm。該薄膜具有高載流子遷移率，達到20cm²/V·s左右，自由載流子濃度比較低，一般低于8×10²⁰cm^-3，電阻率比較低，保持在為6×10^-4Ω·cm的量級，可見光區域的平均透射率高于80％，近紅外區域的平均透射率大于80％。