[發明專利]一種液態金屬靶材及其制備合金膜的方法

有效

• 申請號: 201910161639.0
• 申請日: 2019-03-04
• 公開（公告）號: CN109763109B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 崔云濤;田利豐;劉靜
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C23C14/58;C22C28/00;H01L31/032
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君;陳征

本發明涉及濺射制膜領域，具體涉及一種液態金屬靶材及其制備的合金膜，所述液態金屬靶材包括靶材基底和覆于所述靶材基底表面的液態金屬靶材層，所述液態金屬為鎵基合金，所述靶材基底為銅或鐵。本發明所述液態金屬靶材制備工藝簡單，用其制備合金時合金膜生長速度快，厚度均勻可控，操作簡單、高效便捷，可實現從納米尺度到微米尺度厚度連續可控的合金膜薄膜，具有較高的電導率，有較強的生產適用性。

技術領域

本發明涉及合金膜的制備領域，具體涉及一種通過磁控濺射法制備薄膜中使用的液態金屬靶材及其制備的合金膜。

背景技術

能源是世界共同關注的問題，為解決能源危機，太陽能發電成為了一個重要產業。CIGS薄膜太陽能電池，是由Cu(銅)、In(銦)、Ga(鎵)以及Se(硒)四種元素構成的黃銅礦結晶薄膜太陽能電池，具有光吸收能力強、發電穩定性好、轉化效率高、白天發電時間長、發電量高、生產成本低以及能源回收周期短等諸多優勢，逐漸得到廣泛的應用。對于CIGS薄膜電池的制造而言，CIGS光吸收層的制備是重要的一環，目前銅銦鎵硒薄膜的制備方法主要有溶劑熱法、噴射熱解法、離子燒結法、化學沉積法、反應濺射法、真空蒸發法等。其中采用磁控濺射沉積銅銦鎵(CIG)合金層再硒化已經成為本行業的一個主流制備技術手段。銅銦鎵合金層的磁控濺射方式通常包括以下兩種：第一種是采用CuGa二元合金靶材與In靶材共濺射的方式，第二種是直接濺射CuInGa三元合金靶材。通常CuInGa或者CuGa靶材采用熔煉法這種方法存在成分與工藝“窗口”較窄；容易形成中間相，發生偏析，導致最終形成的合金膜不均勻冷噴涂法存在噴涂粉體的利用率較低(一般在40～60％左右)、只能制備旋轉靶材，很難用于平面靶材的生產。顆粒冷壓成型法熔煉溫度較高(高于銅的熔點1084℃)會使低熔點的銦或者鎵揮發嚴重，導致最終顆粒的合金成分與所設計的成分不匹配；采用氧化銦鎵鋅靶材磁控濺射的方法制備IGZO膜，靶材制備工藝復雜及濺射均勻性不好，進而影響膜層的質量。

此外，氧化銦鎵鋅IGZO是一種新型半導體材料，有著比非晶硅(α-Si)更高的電子遷移率。IGZO用在新一代高性能薄膜晶體管(TFT)中作為溝道材料，從而提高顯示面板分辨率。高性能的薄膜晶體管不僅可以用在顯示屏上，還可以取代傳統的基于單晶硅的電子芯片。其制備工藝與磁控濺射CuInGa膜存在類似的問題。

發明內容

針對現有技術在制備合金靶材及磁控濺射合金膜中存在的問題，本發明首先提供一種液態金屬靶材，包括靶材基底和覆于所述靶材基底表面的液態金屬靶材層，所述液態金屬為鎵基合金或鎵，所述靶材基底為銅或鐵。

本發明將液態金屬覆于銅或鐵靶材基底的表面并以此為靶材制備合金膜，與傳統CuGa或CuGaIn靶材相比，液態金屬以液態的形式在靶材基底的表面均勻分布，制備過程中不會形成中間相，可保證最終濺射后所形成的合金膜的均勻性，保證最終顆粒的合金成分與所設計的成分相匹配。

優選的，所述液態金屬靶材層的厚度為0.1～1.0mm。上述厚度可以實現液態金屬層對于表面的均勻覆蓋，并且保證液態金屬粘附在靶材基體表面上。

優選的，所述鎵基合金為鎵銦合金。

進一步優選的，所述鎵銦合金中鎵的摩爾百分比為20～100％，更優選40～60％。

優選的，所述單質銦和單質鎵中的雜質含量不超過0.01％

優選的，本發明所述的液態金屬靶材，由如下方法制備得到：將液態金屬和靶材基底置于酸性溶液中處理，使所述液態金屬覆于所述靶材基底的表面。

優選的，所述酸性溶液的pH小于2，在溫度20～100℃的條件下處理1～10min；

進一步優選的，所述酸性溶液的pH為0～1，在溫度40-80℃的條件下處理1～5min。

本發明的另一目的是保護利用本發明所述液態金屬靶材制備合金膜的方法，其主要改進點為，以本發明所述的液態金屬靶材和銅或鋅為原料，通過共濺射法制備合金膜。