[發(fā)明專利]制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法

有效

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• 申請日: 2014-06-03
• 公開（公告）號: CN104004990A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設計）人: 王咸海;洪瑞金;脫文剛;張大偉;陶春先
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: C23C14/08
• 分類號: C23C14/08;C23C14/35
• 代理公司: 上海德昭知識產(chǎn)權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

技術領域

本發(fā)明涉及一種制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，屬于材料領域。

背景技術

寬禁帶氧化物半導體由于在可見光范圍內(nèi)具有高透過率和良好的導電性能，被廣泛應用于太陽能電池、平板顯示器、有機光發(fā)射二極管、低輻射玻璃、透明薄膜晶體管及柔性電子器件等領域，其商業(yè)化前景十分看好。傳統(tǒng)的半導體薄膜，存在大量的晶界等缺陷，引發(fā)了諸多器件性能方面的問題。如器件穩(wěn)定性降低，均勻性變差，I-V特性隨時間變化顯著，受力彎折后性能發(fā)生突變等，這些都限制了材料應用領域。

理論和實驗證明，非晶態(tài)薄膜材料由于不存在晶界等缺陷，所制備的器件具有很好的均勻性及良好的抗彎曲性能等。非晶態(tài)氧化鋅基半導體氧化物，具有以下特點：(1)金屬鋅元素取得容易，價格便宜；(2)非晶態(tài)的氧化鋅導電性與晶態(tài)的ITO導電性相近，且非晶型態(tài)結構易于刻蝕；(3)非晶態(tài)的氧化鋅表面粗糙度較ITO平緩，有助于光電器件的發(fā)光效率及壽命延長；(4)非晶態(tài)的氧化鋅有利于低溫成長，可在柔性基底上得到性質良好的透明導電膜；(5)顯著彎曲后仍保持性能不變。該材料受到廣大研究人員的青睞，是目前應用在透明柔性電子器件最被看好的半導體材料。但采用現(xiàn)有的制備方法制得的氧化鋅薄膜往往非晶態(tài)效果不理想，并且透明度不高。

此外，中國發(fā)明專利申請ZL201010218263(發(fā)明名稱“低溫形成非晶態(tài)透明氧化物薄膜的方法”)公開了一種非晶態(tài)透明氧化物薄膜的制備方法，該方法雖然具有諸多優(yōu)點，但仍然存在以下缺陷：1)通過低溫，即273K，沉積獲得的薄膜附著力差，容易脫落；2)薄膜制備過程中的低溫環(huán)境實現(xiàn)困難，成本高，無法進行大規(guī)模制備。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明采用了如下技術方案：

一種制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟：

襯底清洗：依次使用丙酮、無水乙醇、去離子水清洗襯底后放入磁控濺射室樣品架上；

設置重金屬摻雜：取鉬絲固定在鋅靶上，鉬絲分布形狀為圓心輻射狀，鉬摻雜量控制在0.5-10％范圍內(nèi)；

抽取真空：將磁控濺射室抽真空；

調(diào)節(jié)濺射氣氛：分別以氧氣和氬氣作為反應氣體和濺射氣體輸入磁控濺射室，氧氣純度為99.99％，氬氣純度在99.95％以上，氧氣流量與氬氣流量的比值控制在3：2至4：1之間；

磁控濺射生長：使用60W的濺射功率，在0.8pa、室溫條件下，先對鋅靶預濺射5min，然后進行反應濺射生長鉬摻雜的氧化鋅薄膜。

另外，本發(fā)明所提供的制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，還可以具有這樣的特征：其中，氧氣的流量為30～80sccm之間，氬氣流量控制為20sccm。

另外，本發(fā)明所提供的制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，還可以具有這樣的特征：其中，抽取真空步驟中抽真空所達到的真空度為2×10^-4Pa以上。

另外，本發(fā)明所提供的制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，還可以具有這樣的特征：

其中，氬氣的工作氣壓為10^-2～10^-1Pa。

另外，本發(fā)明所提供的制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，還可以具有這樣的特征：其中，襯底可以選自石英、玻璃、晶體、塑料和硅片中的任意一種。

發(fā)明作用與效果

根據(jù)本發(fā)明的制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，由于采用了濺射法制備，因此所得到的氧化鋅薄膜吸附性好，不容易脫落。此外，由于控制了氧氣和氬氣流量的比例，并且摻入了0.5-10％的重金屬鉬，因此得到的氧化鋅薄膜具有更好的非晶態(tài)和更好的透過率。另一方面，本發(fā)明的方法均在常溫下即可進行，條件溫和，節(jié)省制造成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施例一制得的氧化鋅薄膜的X射線衍射圖；

圖2是本發(fā)明的實施例一制得的氧化鋅薄膜對紫外-可見波段波長的光的透過率。

具體實施方式

以下結合附圖來說明本發(fā)明的具體實施方式

對比實施例：

制備無摻雜的氧化鋅薄膜的實驗步驟：

一、基底清洗：依次使用丙酮、無水乙醇、去離子水清洗玻璃基底后放入磁控濺射室樣品架上后，基底預沉淀面朝下放置，避免雜質污染。

二、抽取高真空：將濺射室真空度抽至2×10^-4Pa，以獲得高潔凈度真空。

三、鋅靶與基底平行放置，兩者間距為80mm。