[發(fā)明專利]一種基于Nb2O5的透明導電氧化物薄膜及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810870166.7
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN108914077A
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發(fā)明（設計）人: 李興鰲;張杰;陳愛詩;毛巍威;張健
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/18;C23C14/08
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識產(chǎn)權代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

本發(fā)明公開了一種基于Nb₂O₅的透明導電氧化物薄膜及其制備方法，該薄膜由襯底、底部金屬氧化物薄膜層、中間金屬層和頂部金屬氧化物薄膜層組成，其中，襯底為玻璃，底部金屬氧化物薄膜層為采用射頻磁控濺射方法沉積的Nb₂O₅層，中間金屬層為采用直流磁控濺射的方法沉積的Ag層，頂部金屬氧化物薄膜層為采用射頻磁控濺射方法沉積的ZnO層，底部金屬氧化物薄膜層和頂部金屬氧化物薄膜層的厚度均為35～55nm，中間金屬層的厚度為8～20nm。該薄膜不僅價格低廉、無毒環(huán)保，而且是在室溫下制備，無需加熱，簡化了制備工藝，具備取代傳統(tǒng)的ITO被廣泛應用在光電材料技術領域的可能。

技術領域

本發(fā)明屬于光電材料技術領域，具體涉及一種高效的基于Nb₂O₅的透明導電氧化物薄膜及其制備方法。

背景技術

透明導電氧化物薄膜是一種重要的光電材料，因其具有的接近金屬的導電性、較高的透明性及對紅外線的高反射率等特性而被廣泛應用于太陽能電池、平板顯示器以及透明視窗等制備中，成為不可或缺的一類薄膜。

透明導電氧化物薄膜具有兩種導電類型，即n型和p型，n型透明導電氧化物薄膜電阻率可達10^-3～10^-5Ωcm，在光電器件、太陽能電池等領域得到大量的應用；P型透明導電氧化物薄膜的制備為制作p-n結(jié)奠定了基礎，并拓展了透明導電薄膜更廣闊的應用前景。

在透明導電薄膜的制備中，常用的物理方法有真空蒸發(fā)鍍膜技術、濺射鍍膜技術、離子束輔助沉積鍍膜技術、脈沖激光沉積技術等；其中，濺射鍍膜是用離子轟擊靶材表面，使靶材的原子被轟擊出來，濺射的原子則沉積在積體表面形成薄膜的一種鍍膜技術，該種技術的膜厚可控性和重復性好、適用范圍廣、薄膜與基片的結(jié)合能力強、易實現(xiàn)大面積的自動化生產(chǎn)。因此在光電技術領域該方法得到了廣泛的應用。對于導電性較好的靶材，通常使用直流磁控濺射技術，而對于需要極高電壓的非金屬靶材則大多使用射頻磁控濺射技術完成鍍膜。

在現(xiàn)有技術中，銦錫氧化物(ITO)是一種綜合光電性能優(yōu)異且在光電子器件領域應用較為廣泛的透明導電氧化物。但是ITO制備工藝較為復雜，金屬銦又屬于稀缺資源，因而該種材料的制作成本較高，并且?guī)в幸欢ǖ亩拘裕@些條件都使ITO在使用過程中受到一定的限制性。

ZnO薄膜是一種新型的、多用途的寬禁帶半導體材料，其禁帶寬度為3.3eV。其透光性高于90％。本征ZnO晶體具有n型的導電特性，載流子濃度和電子遷移率都很高，而且自然界中儲量豐富。Nb₂O₅是一種禁帶寬度為3.6eV的半導體材料，在可見光和近紅外光學波長范圍有著較好的光學透過率。其物理性質(zhì)和化學性質(zhì)比較穩(wěn)定，在光學干涉濾波器、太陽能電池等許多現(xiàn)代技術領域有著諸多的應用。將這兩種材料運用到透明導電氧化物薄膜的制備中將為制備高性能且價格低廉的透明導電氧化物薄膜提供可能。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述存在的問題，本發(fā)明旨在提供提供一種基于Nb₂O₅的透明導電氧化物薄膜，該薄膜不僅價格低廉、無毒環(huán)保，而且是在室溫下制備，無需加熱，簡化了制備工藝，在未來存在取代傳統(tǒng)的ITO被廣泛應用在光電材料技術領域的可能。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下：一種基于Nb₂O₅的透明導電氧化物薄膜，由襯底、底部金屬氧化物薄膜層、中間金屬層和頂部金屬氧化物薄膜層組成，其中，襯底為玻璃，底部金屬氧化物薄膜層為采用射頻磁控濺射方法沉積的Nb₂O₅層，中間金屬層為采用直流磁控濺射的方法沉積的Ag層，頂部金屬氧化物薄膜層為采用射頻磁控濺射方法沉積的ZnO層。

進一步地，所述底部金屬氧化物薄膜層和頂部金屬氧化物薄膜層的厚度均為35～55nm，中間金屬層的厚度為8～20nm。