[發明專利]透明導電薄膜及其制備方法、磁控濺射裝置

有效

• 申請號: 201410178755.0
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN103956199A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 呂明昌;宋秋明;楊春雷;顧光一;馬續航;馮葉;肖旭東
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院;香港中文大學
• 主分類號: H01B5/14
• 分類號: H01B5/14;H01B13/00;C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

技術領域

本發明涉及磁控濺射領域，特別是涉及一種透明導電薄膜及其制備方法和磁控濺射裝置。

背景技術

透明導電薄膜是在可見光范圍內平均透過率大于85％(T_avg>85％)且其電阻率在10^-3Ω.cm以下的導電薄膜?？茖W技術的快速發展和人民生活的日益提高，大功率的太陽能電池、高分辨率，大尺寸的平板顯示器、節能紅外反射膜、電致發光窗與廣告宣傳欄等的廣泛應用，對透明導電薄膜的需求愈來愈高。

目前，ZnO基透明導電薄膜主要的摻雜物為Al₂O₃，簡稱AZO，通常采用磁控濺射的方法沉積薄膜。濺射時輝光放電所用的惰性氣體為Ar氣，薄膜在沉積過程中，由于磁控濺射技術獨特的物理過程，在靶材表面往往會形成刻蝕溝道區，即靶面被刻蝕出上面較寬、下面寬度連續收縮的深且窄的溝壑。當使用磁控濺射技術沉積AZO薄膜時，靶材為氧化物陶瓷材料，襯底沉積溫度低于200℃且薄膜厚度限制在100nm～200nm，由于靶材表面的刻蝕溝道區域的存在，會造成相應沉積薄膜的電阻率分布不均勻，我們認為這是因為濺射過程中產生的高能負離子(如氧負離子O^-、O₂^-)對已沉積薄膜的轟擊，造成透明導電薄膜質量的下降。

發明內容

基于此，有必要提供一種質量較好的透明導電薄膜及其制備方法和磁控濺射裝置。

一種透明導電薄膜，所述透明導電薄膜是氫氟共摻雜的氧化鋅基晶體，其中ZnF₂的質量占所述透明導電薄膜的總質量的0.1％～1％。

在一個實施例中，ZnF₂的質量占所述透明導電薄膜的總質量的0.5％。

一種透明導電薄膜的制備方法，包括如下步驟：

預備磁控濺射設備、靶材和襯底；所述靶材是摻雜有ZnF₂的ZnO陶瓷靶材，ZnF₂的質量占所述靶材的總質量的0.1％～1％；

為所述襯底建立相對于所述靶材的、大小為60V～300V的負電勢；以及

通入工藝氣體，開啟磁控濺射，在所述襯底上沉積所述透明導電薄膜，所述工藝氣體為氬氣與氫氣的混合氣體，并且氫氣與所述工藝氣體氣流總量的濃度比為1.2％～1.8％。

在一個實施例中，ZnF₂的質量占所述靶材的總質量的0.5％。

在一個實施例中，氫氣與所述氣流總量的濃度比為1.5％。

在一個實施例中，磁控濺射沉積所述透明導電薄膜時的真空度為0.23Pa～0.27Pa。

一種透明導電薄膜的磁控濺射裝置，包括電接地的真空腔壁圍成的真空腔室；以及收容于所述真空腔室內的用于容置靶材的磁控濺射源、用于容置襯底的工作平臺，所述工作平臺與所述磁控濺射源相對間隔設置，所述磁控濺射源的外殼接地；還包括：

導電平板，所述導電平板可移動地固定在所述工作平臺上，與所述襯底相互平行設置且電絕緣；以及

恒壓電源，所述恒壓電源的負極與所述導電平板電連接，為所述襯底提供相對于所述磁控濺射源的負向電場。

在一個實施例中，所述工作平臺還包括電絕緣地穿通所述真空腔壁的導電棒，用于連接所述恒壓電源和導電平板。

在一個實施例中，所述工作平臺上還設有絕緣螺絲，所述導電平板設置在所述絕緣螺絲上，位于所述襯底的背面。

在一個實施例中，所述恒壓電源的輸出電壓為60V～300V。

這種透明導電薄膜及其制備方法和磁控濺射裝置，由于在襯底的背面設置了一個負電壓，形成了阻止高能負離子對已沉積薄膜的轟擊的逆向電場；由于在AZO陶瓷靶材中摻雜ZnF₂，利用氟元素淺能級雜質的特性，減少了薄膜中的點缺陷，包括氧空位V_o與鋅間隙Zn_i，進而提高了薄膜的晶體結構品質；由于在磁控濺射的工藝氣體中混入少量氫氣，提高了透明導電薄膜的導電性能。

附圖說明

圖1為一實施方式的磁控濺射設備的結構示意圖；

圖2為一實施方式的透明導電薄膜的制備方法的流程圖；

圖3a為實施例1制得的透明導電薄膜的SEM表面圖像；

圖3b為實施例1制得的透明導電薄膜的SEM斷面圖像；

圖4a為實施例2制得的透明導電薄膜的SEM表面圖像；

圖4b為實施例2制得的透明導電薄膜的SEM斷面圖像；