[發明專利]一種提高銦摻雜氧化鋅透明導電膜導電性能的方法

無效

• 申請號: 200910112271.5
• 申請日: 2009-07-29
• 公開（公告）號: CN101985741A
• 公開（公告）日: 2011-03-16
• 發明（設計）人: 曹永革;黃常剛;鄧種華;王美麗
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C23C14/58
• 分類號: C23C14/58;C23C14/08;C23C14/34;H01B5/14;H01L51/50
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技術領域

本發明涉及一種提高銦摻雜氧化鋅透明導電膜導電性能的方法，屬于光電子功能材料技術領域。

背景技術

氧化物透明導電膜廣泛應用于太陽能電池、平板顯示等領域。摻錫氧化銦(ITO)是當前應用最廣泛的透明導電膜，但是銦含量非常高(＞90wt％)，而銦屬于稀缺資源，這就使ITO透明導電膜的成本高昂。氧化鋅(ZnO)是一種廉價的寬禁帶半導體，對于波長大于400nm以上的光具有優良的透過性，摻雜III-V族雜質以后導電性能顯著提高。目前，銦摻雜的氧化鋅(IZO)中銦含量～90％時，電阻率較低(～10^-4Ωcm)(Thin?Solid?Films，2008，516：2045；J.Korean?Phys.Soc.，2004，45：732；Jpn.J.Appl.Phys.，2004，43：745)；而當銦含量較低(＜10％)時電阻率一般都比較高(～10^-3Ωcm)(Thin?Solid?Films，2005，484：184；J?Mater.Sci.27(1992)4705；中國專利公開說明書CN200680026929.5)。為了降低銦的使用量和透明導電膜的成本，目前許多科研工作者都致力于研究低銦含量的透明導電膜，其工作主要集中在調節薄膜沉積工藝參數以期提高薄膜的導電性能。本發明提出了一種簡單的提高低銦含量IZO透明導電膜導電性能的方法。

發明內容

針對當前低銦含量IZO透明導電膜電阻率較高的現狀，本發明提出在真空狀態下或往退火爐內充入一定量的惰性氣體(如氮氣、氬氣等)、氫氣或他們的混合氣體對IZO透明導電膜進行退火處理達到提高導電性能的目的。退火過程中可采用電阻加熱、微波加熱、激光加熱、電火花或電弧加熱、中高頻加熱、等離子加熱等加熱方式，以達到預期的退火溫度。根據不同的加熱方式和退火氣氛，可以控制不同的退火時間。本發明適用于采用磁控濺射方法在堿玻璃、石英玻璃、藍寶石、氮化鋁、氮化鎵、碳化硅、氧化鋅、硒化鋅等透明襯底上沉積的IZO透明導電膜，薄膜厚度為2～2000nm。該透明導電膜可以是采用氧化鋅靶與氧化銦靶(或金屬銦靶)共濺射制備，也可以是采用銦摻雜氧化鋅復合靶單靶濺射制備，還可以采用鋅靶和銦靶反應濺射制備或者采用鋅、銦合金靶反應濺射制備。該透明導電膜中銦含量較低(銦原子與銦原子和鋅原子之和的原子比[In/(In+Zn)]≤50％，優選[In/(In+Zn)]≤10％)。本發明優化的退火工藝條件為：氣氛壓強為10^-4～10⁵Pa，退火溫度為80～600℃，退火時間為3秒～24小時。

附圖說明

圖1為IZO透明導電膜在退火處理前后透過率對比圖。從圖中可以看出IZO透明導電膜在退火處理前后透過率都大于80％(在850nm處高達92％)，而且經退火處理后IZO透明導電膜的透過率保持與退火前一致。

圖2為IZO透明導電膜在退火處理前后X射線衍射譜對比圖。從圖中可以看出IZO透明導電膜在退火處理前后均保持為沿(002)取向的六方纖鋅礦相結構。

具體實施方式

以下參考實施例進一步說明本發明。

實施例1

首先使用純度為99.9％的氧化鋅陶瓷靶和銦金屬靶經磁控濺射方法共濺射沉積厚度為200nm左右的IZO透明導電膜，薄膜沉積工藝參數為：氬氣流量為20sccm，氬氣壓強為0.5Pa，本底真空為2×10^-4Pa，襯底溫度為400℃，氧化鋅靶和銦靶的射頻濺射功率分別為10W/cm²和2W/cm²，偏壓為-100V，樣品轉速為6轉/分。經測試表明該IZO透明導電膜中銦原子與銦原子和鋅原子之和的原子比[In/(In+Zn)]≈3.5％，銦含量非常低，其晶體結構為沿(002)取向的六方纖鋅礦相結構，電阻率為1.3×10^-3Ωcm，載流子濃度為1.1×10²¹/cm³，遷移率為4.53cm²V^-1S^-1，透過率為～85％(400～1500nm)。

然后將制備好的IZO透明導電膜放入到退火爐內，抽真空至10^-2Pa后開始加熱，待溫度升到大于80℃時通入氬氣、氮氣、氫氣或他們的混合氣體，保持爐內壓強為10^-1～10⁵Pa，恒溫100分鐘后停止加熱同時停止通入氣氛，保持爐內處于真空狀態(10^-2Pa)，待溫度降到室溫后取出樣品進行測試。測試結果表明經處理后電阻率為6.7×10^-4Ωcm，載流子濃度為1.1×10²¹/cm³，遷移率為8.76cm²V^-1S^-1，透過率為～85％(400～1500nm)。說明退火處理有利于提高IZO透明導電膜的導電性能，但是透過率保持不變。