專利名稱：一種提高摻鋁ZnO透明導(dǎo)電薄膜AZO導(dǎo)電性和穩(wěn)定性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)AZO透明導(dǎo)電薄膜的后處理方法。對(duì)于用磁控濺射制備的AZO 薄膜，采用Si氣氛退火的方法改善薄膜的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。
背景技術(shù)：
對(duì)可見(jiàn)光的平均透過(guò)率高(> 80% )、電阻率低(< 10_3 Ω -cm)的透明導(dǎo)電薄膜 在太陽(yáng)能電池、平板顯示器、薄膜晶體管(TFT)、氣敏元件、抗靜電涂層、波導(dǎo)器件和紅外反 射窗口等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。相對(duì)于SnO2 (NESA)或摻Sn的^i2O3(ITO)等透明導(dǎo)電薄 膜，AZO薄膜具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)原料充足價(jià)格便宜；(2)對(duì)環(huán)境無(wú)毒害；(3)抗輻射能力強(qiáng)； (4)通過(guò)控制Al的摻雜量可以方便的調(diào)控薄膜的電學(xué)性能；( 成膜方法便宜簡(jiǎn)單。所以 AZO薄膜很可能可以取代NESA或ITO等透明導(dǎo)電薄膜?；谏逃蒙辖档统杀镜男枰壳敖^大多數(shù)的AZO薄膜都是利用設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單價(jià) 格相對(duì)便宜的磁控濺射制備的。由于其導(dǎo)電源自薄膜中的ai間隙和ο空位缺陷，導(dǎo)致了制 備的薄膜遷移率不高而且不夠穩(wěn)定，特別是在較高的環(huán)境溫度下，其電阻率上升較快。因而 迫切需要一種方法對(duì)磁控濺射制備的AZO薄膜進(jìn)行再次的處理，使其導(dǎo)電不在源自缺陷從 而增加其遷移率和穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于磁控濺射制備的AZO薄膜遷移率低而且不夠穩(wěn)定，本發(fā)明的目的在于提供一 種對(duì)磁控濺射制備后的薄膜再次處理的方法，以獲取同時(shí)具有高遷移率和高載流子濃度的 穩(wěn)定低阻AZO薄膜。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的將磁控濺射制備出的AZO薄膜暴露于Si 蒸氣中退火，在由于Al3+取代Si2+而導(dǎo)致的空位上填充一個(gè)Si原子。由于此Si原子能夠 提供2個(gè)電子作為載流子參與電輸運(yùn)，所以能獲得穩(wěn)定的較高載流子濃度；另一方面由于 Zn原子填補(bǔ)了空位，使薄膜的遷移率得到了大大的提升。經(jīng)過(guò)此處理后的薄膜電導(dǎo)率和穩(wěn) 定性均得到了極大的提升。具體步驟如下(1)在玻璃或石英襯底上利用磁控濺射制備出AZO薄膜，為了盡量減少氧空位的 出現(xiàn)保持晶格完整，此過(guò)程可以在工作氣體氬氣中混入少量的氧氣。(2)把沉積有AZO薄膜的襯底和純凈的金屬Si粒，密封在一個(gè)干凈的真空容器中 (如石英管)，并保持容器的真空度。(3)加熱O)中密封好的容器，使其升至500°C到1000°C之間的某一設(shè)定溫度，維 持此溫度在60分鐘以內(nèi)的某一設(shè)定時(shí)間，自然冷卻到室溫，破真空并取出薄膜，測(cè)量其電 學(xué)性能。本發(fā)明工作原理為根據(jù)化合價(jià)守恒，在用磁控濺射制備AZO薄膜時(shí)會(huì)出現(xiàn)2個(gè)
3Al3+取代3個(gè)Si2+從而引入一個(gè)Si空位的情況。通過(guò)一定溫度下的Si氣氛退火，在空位 處填上S1原子。此填入的S1原子不僅完善了晶格還能能提供2個(gè)電子作為載流子參與電 輸運(yùn)。因而大大提高了 AZO薄膜的電導(dǎo)和穩(wěn)定性。本發(fā)明的有益效果Zn氣氛退火使AZO薄膜的遷移率和載流子濃度同時(shí)獲得了極 大地提升，其電阻率急劇的下降，最多可以從2. 37 X IO3 ( Ω cm)降至1. 55 X 10_4 ( Ω cm),經(jīng) 過(guò)退火薄膜的穩(wěn)定性也大大增加。退火后的薄膜置于100°C空氣中經(jīng)過(guò)3個(gè)月，電阻率維持 在1. 55 X Kr4 Ω · cm沒(méi)有任何變化。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 在成膜氣體只有氬氣的情況下，用磁控濺射沉積AZO薄膜在玻璃襯底上，采用范 德堡四電極法測(cè)出薄膜的電阻率、遷移率和載流子濃度。經(jīng)過(guò)Si氣氛600°C 30分鐘的退火 后，再次用范德堡四電極法測(cè)出薄膜的電阻率、遷移率和載流子濃度。退火前后AZO薄膜的 電學(xué)性能對(duì)比如表1所示。表1退火前后AZO薄膜的電學(xué)性能對(duì)比
退火前Zn氣氛退火后(600°C+30min)Q2IAx電阻率遷移率載流子濃度電阻率遷移率載流子濃度(Ω·οπι)(cm2A^*S)(cm"3)(Q*cm)(cm2/V S)(cm.3)06.65 Χ IO"32.14.47X10201.45 Χ IO"436.81.17X1021實(shí)施例2:在成膜氣體中的氧氣和氬氣的比例為1 4的情況下，用磁控濺射沉積AZO薄膜 在玻璃襯底上，采用范德堡四電極法測(cè)出薄膜的電阻率、遷移率和載流子濃度。經(jīng)過(guò)ai氣 氛600°C 30分鐘的退火后，再次用范德堡四電極法測(cè)出薄膜的電阻率、遷移率和載流子濃 度。退火前后AZO薄膜的電學(xué)性能對(duì)比如表2所示。表2退火前后AZO薄膜的電學(xué)性能對(duì)比
02/Ar退火前Zn氣氛退火后(600°C+30min)電阻率 (Ω, )遷移率 (cm2/V S)載流子濃度 (cm"3)電阻率 (Ω-cm)遷移率 (cm2/V.S)載流子濃度 (cm"3)1/42.37X1 OJ11.12.38X10141.55x10"435.91.12X1021實(shí)施例3 在成膜氣體只有氬氣的情況下，用磁控濺射沉積AZO薄膜在玻璃襯底上，采用范 德堡四電極法測(cè)出薄膜的電阻率、遷移率和載流子濃度。經(jīng)過(guò)Si氣氛500°C 30分鐘的退火 后，再次用范德堡四電極法測(cè)出薄膜的電阻率、遷移率和載流子濃度。退火前后AZO薄膜的 電學(xué)性能對(duì)比如表3所示。表3退火前后AZO薄膜的電學(xué)性能對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種提高摻鋁ZnO透明導(dǎo)電薄膜AZO導(dǎo)電性和穩(wěn)定性的方法，其特征在于將沉積 有薄膜的襯底和金屬ai粒同時(shí)密封于干凈的真空容器中，加熱此容器到一定溫度并維持 一定時(shí)間進(jìn)行退火。
2.根據(jù)權(quán)利要求ι所述的方法，其特征在于密封容器中應(yīng)維持較高的真空度，容器內(nèi) 氣壓小于lPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于退火溫度控制500°C至1000°C之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于退火時(shí)間控制在60分鐘以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高摻鋁ZnO透明導(dǎo)電薄膜AZO導(dǎo)電性和穩(wěn)定性的方法。對(duì)于磁控濺射制備的不穩(wěn)定AZO薄膜，采用Zn氣氛退火的方法來(lái)改善薄膜的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。將薄膜和金屬Zn粒一起密封于真空容器中，加熱到一定的溫度并維持一定的時(shí)間，使Zn原子填入到薄膜的Zn空位處，從而同時(shí)提高薄膜遷移率和載流子濃度。經(jīng)本方法處理過(guò)的AZO薄膜擁有1.5×10-4(Ωcm)的低電阻率，將其分別置于室溫和100℃的空氣中，在長(zhǎng)達(dá)三個(gè)月的時(shí)間里，電阻率沒(méi)有變化。本方法極大地提高了AZO薄膜的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，對(duì)AZO薄膜的在實(shí)際中的廣泛使用能產(chǎn)生重要的影響。
文檔編號(hào)C23C14/58GK102094182SQ200910112948
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者林璋, 湛智兵, 黃豐 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所