[發明專利]一種ZnO/Mo/ZnO透明導電薄膜的制備方法

在審

• 申請號: 201610148702.3
• 申請日: 2016-03-16
• 公開（公告）號: CN105734512A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 廉吉慶;張大偉;王小平;王麗軍;王兆芳;寧仁敏;宋明麗;柯小龍;陳海將;蘇德龍;管璐璐;林承軍
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/08;C23C14/18
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明屬于光電薄膜材料領域，具體涉及一種ZnO/Mo/ZnO透明導電薄膜的制備方法。

背景技術

透明導電材料作為多數電子顯示器件中不可或缺的組成部分而廣泛地應用于各種平板顯示、觸摸式顯示屏、薄膜太陽能電池等很多領域。

20世紀初，透明導電CdO薄膜的出現引起研究者的重視，并從此開啟了透明導電氧化物薄膜（TCO）的研究熱潮。TCO薄膜導電性能良好、可見光波段透射性高，并且在紅外范圍內的反射性能良好。并包括In₂O₃基薄膜、SnO₂基薄膜和ZnO基薄膜三大類，其中銦錫氧化物（In₂O₃:Sn，簡稱ITO）薄膜是應用最廣的TCO薄膜，其光電性能優良、制備簡單且易于刻蝕。但ITO薄膜的方阻較大，難以應用于大尺寸平面顯示，此外，銦屬稀缺金屬、有毒，且生產成本大，不能滿足平板顯示器向大面積和快速顯示發展的應用要求。

隨著摻雜和制膜工藝的日趨成熟，研究者開始對ZnO薄膜進行摻雜研究。ZnO基薄膜與ITO薄膜相比，價格低廉、無毒、制備溫度較低且制膜方法多，往ZnO中摻入B、F、Al之后其薄膜的光電性能及熱穩定性都得到提高。其中，ZnO:Al（簡稱AZO）是最具潛力的一種ZnO基透明導電薄膜，其低電阻率、高可見光透過率使其達到了相關設備器件中的實驗要求。但ZnO基薄膜的制膜工藝不易掌控，產品重復性不好，未能滿足工業化生產的要求。摻雜條件與工藝還在不斷摸索中。

目前國內外有關ZnO的摻雜技術的報道非常多，但有關ZnO/Mo/ZnO疊層透明導電薄膜的制備及研究幾乎沒有。摻雜工藝的不均勻、不穩定性促使我們尋求制備的新方法，雙射頻磁控濺射技術在薄膜材料制備上的應用史無前例。

發明內容

針對現有技術中的上述技術問題，本發明提供了一種ZnO/Mo/ZnO透明導電薄膜的制備方法，所述的這種ZnO/Mo/ZnO透明導電薄膜的制備方法要解決現有技術中的ZnO基薄膜的制膜工藝不易掌控、產品重復性不好，未能滿足工業化生產的要求的技術問題。

本發明提供了一種ZnO/Mo/ZnO透明導電薄膜的制備方法，包括如下步驟：

1）室溫下將基片清洗，然后用氮氣槍將其吹干；

2）打開磁控濺射反應室，把純度為99.999%的ZnO靶材和Mo靶材固定在反應室中，將基片放入磁控濺射反應室，將反應室抽真空到9.9×10^-4Pa，打開溫控電源，將基片加熱到300~400℃，待基片溫度均勻后，向反應室通入氬氣和氧氣的混合氣，所述的氬氣和氧氣的體積比為（3~8）:1，開啟ZnO靶材一側的射頻電源，將濺射功率調至40~100W，調節壓強至2~5Pa，打開擋板，濺射8~16min40s，ZnO厚度為45~65nm；

3）將反應室重新抽真空至9.9×10^-4Pa，開啟Mo靶材一側的射頻電源，將濺射功率調至75~100W，向反應室通入氬氣，調節壓強至0.4~0.6Pa，打開擋板，濺射10~40s，Mo層厚度在5~15nm；

4）將反應室重新抽真空至9.9×10^-4Pa，再開啟ZnO靶材一側的射頻電源，將濺射功率調至40~100W，向反應室通入氬氣和氧氣的混合氣，所述的氬氣和氧氣的體積比為（3~8）:1，調節壓強至2~5Pa，打開擋板，濺射8~16min40s，ZnO厚度為45~65nm；

5）待反應室溫度降至常溫，將樣品取出，放到馬弗爐中在150~400℃退火1h，冷卻至常溫，得到ZnO/Mo/ZnO疊層結構透明導電薄膜。

進一步的，室溫下將基片依次用無水乙醇、丙酮、去離子水超聲清洗。

進一步的，所述的基片是載玻片。

本發明利用雙射頻磁控濺射技術，利用ZnO的良好光電性能和Mo的低電阻率，制備成疊層ZnO/Mo/ZnO透明導電薄膜，Mo的加入提高了膜系的載流子濃度，提高了薄膜的導電性能，Mo離子與Zn離子離子半徑接近，在Mo/ZnO晶界處晶格畸變小，可減少界面對光子的散射，保證光學透過率在80%以上。本發明利用雙射頻磁控濺射系統制備出膜厚均勻，導電性能優異，光學透過率良好的ZnO/Mo/ZnO透明導電薄膜，其電阻率低至9.3×10^-5Ω·cm，400~800nm平均透過率達到80%以上。且此方法鍍膜均勻，薄膜質量較高。