[發明專利]一種多晶摻鉬氧化鋅透明導電薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 200710046910.3
• 申請日: 2007-10-11
• 公開（公告）號: CN101158028A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發明（設計）人: 沈杰;王三坡;章壯健
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/54;C23C14/08
• 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，具體涉及一種多晶摻鉬氧化鋅ZnO:Mo(ZMO)透明導電氧化物薄膜的制備方法。

背景技術

透明導電氧化物(TCO)薄膜是一種高簡并的半導體材料，以其獨特的透明性與導電性結合于一體而廣泛應用于光電器件領域(如平板顯示器和太陽能電池)。其中最具代表性的材料是In₂O₃:Sn(ITO)、SnO₂:F和ZnO:Al(AZO)薄膜。TCO薄膜材料一般具有高的載流子濃度，費米能級(E_F)位于導帶能級(E_C)以上，電阻率可低至10^-4Ω·cm；而且具有寬的禁帶寬度(＞3eV)，使薄膜在可見光及近紅外光范圍具有高的透射率(＞80％)。

目前的透明導電薄膜的載流子濃度已經達到1.5×10²¹cm^-3，接近上限2×10²¹cm^-3，因此通過進一步提高載流子濃度來降低電阻率已經很困難，并且很高的載流子濃度會嚴重影響到透明導電薄膜的光學性能。高價態元素(如Mo、W等)的摻雜提供了解決這一問題的一個新的途徑，即通過提高載流子遷移率而非載流子濃度來提高透明導電薄膜的電導率。

因此，制備具有高價態差的摻鉬氧化鋅ZnO:Mo(ZMO)透明導電氧化物薄膜的研究是具有很大應用價值的研究目標，目前尚無該類研究結果的報導。

發明內容

本發明的目的在于提出一種工業生產性和工藝穩定性好的多晶摻鉬氧化鋅(ZnO:Mo(ZMO))透明導電氧化物薄膜的制備方法。

本發明提出的多晶ZMO透明導電氧化物薄膜的制備方法，是采用直流磁控濺射技術，具體步驟為：以鋅鉬金屬鑲嵌靶為靶材，以普通玻璃為基板，基板溫度為100-300℃，通過反應直流磁控濺射法，使Ar離子束轟擊靶材，將靶材濺射，濺射電流150-300mA，濺射電壓100-400V，反應室內的工作壓強為0.45-2.5Pa，O₂反應氣體的分壓百分含量為4.0～10.0％，濺射時間40-100分鐘，形成具有多晶結構的摻鉬氧化鋅透明導電氧化物薄膜(ZnO:Mo)。

本發明的制備條件如下：

本發明中，基板溫度為100-300℃。

本發明中，O₂反應氣體的分壓為4.0～10.0％。

本發明中，反應直流磁控濺射時，濺射條件為：濺射電流150-300mA，濺射電壓100-400V，濺射時間40-100分鐘。

本發明中，通過可變氣導閥將O₂和Ar氣體通入反應室，可變氣導閥是直流磁控濺射鍍膜通入氣體的現有技術。

本發明方法制得的ZMO透明導電氧化物薄膜厚度為100-250nm，可根據需要，通過控制濺射時間來控制膜厚。

本發明中，鋅鉬金屬鑲嵌靶中，鉬的質量為鋅的質量的0.5％-12.5％。

本發明的鑲嵌靶制備如下：

將計算稱量好的重量為60.5克，純度為99.99％的金屬鋅粒放置在不銹鋼條圈圍的紫銅圓板上，在450℃的溫度下將鋅粒熔融成直徑為60mm，厚度為2-3mm的鋅金屬圓靶；根據摻鉬為0.5at％-12.5at％的要求，在直流磁控濺射區域內均勻對稱地鉆6-24個小孔，小孔直徑為0.8-2mm，深度為3mm；將直徑為0.8-2mm，長度為3mm，純度為99.99％，清洗干凈的鉬絲鑲嵌于小孔之中，形成鉬/鋅原子之比為0.5at％-12.5at％的鋅鉬金屬鑲嵌靶。可以通過調節小孔的數目和直徑控制鉬的摻雜量。

由于在磁控濺射過程中，濺射靶中所產生的濺射粒子是局限在放電環之內(如附圖1所示)，因此，所摻的Mo必須鑲嵌在放電環內，且Mo與金屬Zn的比例必須以放電環內的金屬Zn為基準。放電環內直徑為2.6cm，外直徑3.8cm，于是在放電環內，鉆了18個直徑是0.8mm的孔，在里面嵌入鉬絲，這樣，靶的摻鉬量可計算如下：

鋅密度ρ_Zn＝7.13g/cm³????分子量M_Zn＝65.39

鉬密度ρ_Mo＝10.22g/cm³???分子量M_Mo＝95.94