[發(fā)明專利]一種摻鎵氧化鋅透明導(dǎo)電膜及其制備方法和應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010603314.2
• 申請日: 2010-12-23
• 公開（公告）號: CN102534498A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周明杰;王平;陳吉星;黃輝
• 申請（專利權(quán)）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司
• 主分類號: C23C14/08
• 分類號: C23C14/08;C23C14/35
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 何平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電材料領(lǐng)域，尤其涉及一種摻鎵氧化鋅透明導(dǎo)電膜。本發(fā)明還涉及一種摻鎵氧化鋅透明導(dǎo)電膜的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

透明導(dǎo)電薄膜是把光學(xué)透明性能與導(dǎo)電性能復(fù)合在一體的光電材料，由于其具有優(yōu)異的光電特性，成為近年來的研究熱點(diǎn)和前沿課題。雖然ITO薄膜是目前綜合光電性能優(yōu)異、應(yīng)用最為廣泛的一種透明導(dǎo)電薄膜材料，但是銦有毒，價格昂貴，穩(wěn)定性差，在氫等離子體氣氛中容易被還原等問題，人們力圖尋找一種價格低廉且性能優(yōu)異的ITO替換材料。其中，摻鎵氧化鋅(Ga-doped?ZnO，簡稱GZO薄膜)具有材料廉價，無毒，可以同ITO相比擬的電學(xué)和光學(xué)性能等特點(diǎn)，已成為最具競爭力的透明導(dǎo)電薄膜材料。

采用磁控濺射方法制備GZO薄膜，具有沉積速率高、襯底溫度相對較低、薄膜附著性好、易控制并能實(shí)現(xiàn)大面積沉積等優(yōu)點(diǎn)，因而成為當(dāng)今工業(yè)化生產(chǎn)中研究最多、工藝最成熟和應(yīng)用最廣的一項(xiàng)方法。但是，如果要得到低電阻率的GZO薄膜，一定要準(zhǔn)確控制薄膜中的Ga含量，目前眾多的報道中，可以做得比較低電阻的Ga含量是2～5wt％之間，如要調(diào)整薄膜中的Ga含量，比較多是通過改變靶材的Ga成份來實(shí)現(xiàn)的。這種方法，往往需要制備多個靶材，這樣就造成了靶材的浪費(fèi)，成本的提高；而且，往往制備出來的薄膜的Ga含量是偏離靶材原有成份的，所以此方法的含量控制并不精確，薄膜制備的可重復(fù)性不高。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種通過改變薄膜制備工藝來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)薄膜中Ga含量的摻鎵氧化鋅透明導(dǎo)電膜的制備方法。

本發(fā)明利用磁控濺射設(shè)備，采用單一Ga成份的Ga:ZnO陶瓷靶材，通過改變制備過程中基底和靶材的間距(優(yōu)選50～80mm)，制備得到不同Ga含量的GZO薄膜。基靶間距越大，制備得到的薄膜中Ga含量越高。通過對各樣品進(jìn)行電阻測試，最終確定制備GZO的最佳Ga含量。

其技術(shù)方案的制備流程如下：

(1)靶材的制備：選用Ga₂O₃∶ZnO＝1∶99～5∶95(質(zhì)量比)，優(yōu)選質(zhì)量比1.5∶98.5，混合、研磨成粉體后經(jīng)900～1300℃高溫?zé)Y(jié)處理，制得Ga₂O₃:ZnO陶瓷靶材；

(2)將步驟(1)中的制得Ga₂O₃:ZnO陶瓷靶材和襯底間隔相對地裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體；用機(jī)械泵和分子泵把真空腔體的真空度抽至1.0×10^-3Pa～1.0×10^-5Pa，優(yōu)選6.0×10^-4Pa；并溫度升到450℃～750℃，優(yōu)選650℃，對所述襯底進(jìn)行預(yù)熱處理1～4小時；

(3)調(diào)整磁控濺射鍍膜工藝參數(shù)為：濺射功率60～160W，優(yōu)選100W，工作壓強(qiáng)0.2～2.0Pa，優(yōu)選1.0Pa，以及氬氣工作氣體的流量15～35sccm，優(yōu)選20sccm；然后進(jìn)行鍍膜處理，制得所述摻鎵氧化鋅透明導(dǎo)電膜。

本發(fā)明制得的摻鎵氧化鋅透明導(dǎo)電膜，其Ga含量為2.3wt％～5.8wt％，電阻率為6.6×10^-4Ω·cm～352·8×10^-4Ω·cm；這種摻鎵氧化鋅透明導(dǎo)電膜有望在應(yīng)用于有機(jī)半導(dǎo)體材料中，用于制備有機(jī)太陽能電池，有機(jī)場效應(yīng)晶體管，有機(jī)電致發(fā)光器件，有機(jī)光存儲，有機(jī)非線性材料或有機(jī)激光器件等。

上述薄膜的制備所用的襯底是石英片襯底。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明制備摻鎵氧化鋅透明導(dǎo)電膜，所用的靶材是單一Ga成份的靶材，通過調(diào)整磁控濺射鍍膜工藝參數(shù)，制備出不同Ga含量的薄膜；本發(fā)明的摻鎵氧化鋅透明導(dǎo)電膜電阻率隨著Ga含量的增加，先降低后升高，在Ga含量為4.6wt％時達(dá)到最低6.6×10^-4Ω·cm，且其可見光平均透過率大于85％，可以與已經(jīng)商品化的ITO薄膜的性能相媲美。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的鋁酸鑭發(fā)光材料的制備工藝流程圖；

圖2是本發(fā)明的基靶間距下得到GZO薄膜的Ga含量變化曲線；

圖3是本發(fā)明的不同基靶間距下得到GZO薄膜的電阻率變化曲線；

圖4是本發(fā)明中實(shí)施例2的薄膜的透射光譜。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種通過改變薄膜制備工藝來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)薄膜中Ga含量的摻鎵氧化鋅透明導(dǎo)電膜的制備方法。