專利名稱：多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法及其制備的薄膜和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法及其制備的薄膜和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
透明導(dǎo)電薄膜是把光學(xué)透明性能與導(dǎo)電性能復(fù)合在一體的光電材料，由于其具有優(yōu)異的光電特性，成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)和前沿課題。雖然氧化銦錫ITOandium-Tin Oxide)薄膜是目前綜合光電性能優(yōu)異、應(yīng)用最為廣泛的一種透明導(dǎo)電薄膜材料，但由于銦有毒，價(jià)格昂貴，穩(wěn)定性差，存在銦擴(kuò)散導(dǎo)致器件性能衰減等問(wèn)題，促使人們力圖尋找一種價(jià)格低廉且性能優(yōu)異的ITO替換材料。其中，摻鋁氧化鋅(Al-doped SiO，簡(jiǎn)稱AZO薄膜) 以及摻銻氧化錫(Sb-CbpedSnO2，簡(jiǎn)稱ATO薄膜)具有與ITO相比擬的電學(xué)和光學(xué)性能等特點(diǎn)，同時(shí)其材料廉價(jià)，無(wú)毒，已成為最具競(jìng)爭(zhēng)力的透明導(dǎo)電薄膜材料。但AZO薄膜存在表面和晶粒間界氧吸附導(dǎo)致電學(xué)性能下降的問(wèn)題，而ATO在這方面正好可以彌補(bǔ)AZO的缺點(diǎn)。但研究表明，ATO又存在電阻過(guò)高，難以刻蝕的等問(wèn)題。二者的這些缺點(diǎn)，限制了它們的應(yīng)用范圍。AZO和ATO薄膜的復(fù)合體系，期望其能夠同時(shí)具備二者的優(yōu)點(diǎn)而作為一種新型的透明導(dǎo)電材料，成為透明導(dǎo)電膜研究的一個(gè)新熱點(diǎn)。但無(wú)論是AZO還是ΑΤ0，或者是二者的復(fù)合膜，要降低電阻往往在制備時(shí)需要較高的襯底溫度。這樣就限制了某些不能承受高溫的襯底的應(yīng)用，尤其是日益增加的柔性襯底。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法及其制備的薄膜和應(yīng)用，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中磁控濺射法制備透明導(dǎo)電薄膜中襯底溫度過(guò)高的問(wèn)題。本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，第一方面提供一種多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其包括如下步驟AZO靶材的制備將Al2O3和ZnO粉體混合，燒結(jié)作為靶材，所述Al2O3與SiO的摩爾量比為1/120 1/35 ；ATO靶材的制備將Sb2O3和SnA粉體混合，燒結(jié)作為靶材，所述SId2O3與SnA的摩爾量比為1/9 1/4 ；薄膜的沉積將所述AZO靶材和ATO靶材裝入磁控濺射腔體內(nèi)，抽真空，通往惰性氣體和氫氣混合氣體，所述惰性氣體和氫氣混合氣體的流量為15Sccm 2kccm，襯底溫度為20°C 100°C，壓強(qiáng)為0. 21 1. 6Pa，AZO靶位和ATO靶位的濺射功率為60W 160W， 沉積時(shí)間為40min MOmin。本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供上述多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法獲得的透明導(dǎo)電薄膜。本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供采用上述多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法獲得的透明導(dǎo)電薄膜在半導(dǎo)體光電器件中的應(yīng)用。 本發(fā)明實(shí)施例以AZO和ATO為靶材，采用磁控濺射法，得到多元復(fù)合的透明導(dǎo)電薄膜，制備中采用通入惰性氣體和氫氣的混合氣體，引入氫氣摻雜，使得襯底不加熱便可降低薄膜的電阻，拓展了此方法的應(yīng)用范圍。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法的流程圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1 5的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的在紫外-可見(jiàn)光下的透光率；圖3是本發(fā)明實(shí)施例1 5的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的電阻率與ATO濺射功率的變化曲線圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例4的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的電阻變化率與溫度的變化關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。請(qǐng)參閱圖1，示出本發(fā)明實(shí)施例的一種多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其包括如下步驟本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，第一方面提供一種多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其包括如下步驟SOl =AZO靶材的制備將Al2O3和ZnO粉體混合，燒結(jié)作為靶材，所述Al2O3與SiO 的摩爾量比為1/120 1/35 ；S02 =ATO靶材的制備將SId2O3和SnA粉體混合，燒結(jié)作為靶材，所述SID2O3與SnA 的摩爾量比為1/9 1/4 ；S03 薄膜的沉積將所述AZO靶材和ATO靶材裝入磁控濺射腔體內(nèi)，抽真空，通往惰性氣體和氫氣混合氣體，所述惰性氣體和氫氣混合氣體的流量為15Sccm 2kccm，襯底溫度為20°C 100°C，壓強(qiáng)為0. 2Pa 1. 6Pa, AZO靶位和ATO靶位的濺射功率為60W 160W，沉積時(shí)間為40min MOmin。步驟SOl中，將Al2O3和SiO粉體混合混合均勻，例如在1000°C 1200°C溫度下燒結(jié)，得到AZO陶瓷靶材。優(yōu)選地，Al2O3與SiO的摩爾量比為1/90 1/50，在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，AZO靶材選用Al2O3和ZnO粉體的摩爾量比為1/60 ；步驟S02中，將Sb2O3和SnA粉體混合混合均勻，例如在1000°C 1200°C溫度下燒結(jié)，得到ATO陶瓷靶材。優(yōu)選地，Sb2O3與SnA的摩爾量比為1/9 1/4，在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，ATO靶材選用SId2O3和SnA粉體的摩爾量比為3/17 ；步驟S03中，襯底可以為石英襯底、藍(lán)寶石襯底等常用襯底，也可以使用柔性襯底。使用前用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水超聲洗滌，并用高純氮?dú)獯蹈?。靶材與襯底的距離優(yōu)選為60mm 90mm。對(duì)于磁控濺射方法制備薄膜，為了得到晶粒大、結(jié)晶好的薄膜通常需要較大的濺射功率和較長(zhǎng)的生長(zhǎng)時(shí)間。但是對(duì)于多元體系，由于AZO和ATO結(jié)構(gòu)存在一定差異，其復(fù)合薄膜很容易出現(xiàn)缺陷，結(jié)晶質(zhì)量不好，因此，需要選擇合適的工藝參數(shù)避免此類問(wèn)題的產(chǎn)生尤為關(guān)鍵。通過(guò)調(diào)節(jié)AZO和ATO的濺射功率，改變沉積后薄膜的成分，能夠獲得性能優(yōu)異的透明導(dǎo)電材料。工藝參數(shù)的設(shè)置優(yōu)選為襯底溫度為20°C 100°C，例如， 90 V、80°C、70 V、60°C、50°C、40°C、30°C、25°C、20 V ；惰性氣體和氫氣混合氣體的流量為 15sccm 25sccm，壓強(qiáng)為0. 8Pa 1. 2Pa，AZ0靴位和ATO靴位的溉射功率為60W 160W， 沉積時(shí)間為80min 120min。更優(yōu)選的，所述AZO靶材的濺射功率為90W 110W，所述ATO 靶材的濺射功率為IlOW 130W。其中，惰性氣體和氫氣的配比非常關(guān)鍵，通入適當(dāng)?shù)臍錃饪梢砸种品侵饕Y(jié)晶面的成長(zhǎng)，降低電阻率，但是過(guò)量的氫氣則會(huì)使薄膜沿著許多不同晶面生長(zhǎng)，造成晶界面積增加，電阻率也因此升高。優(yōu)選地，混合氣體(氫氣和惰性氣體的混合氣體)中的氫氣含量百分比為1<% 5%，更優(yōu)選地，3(% 4(%。本發(fā)明實(shí)施例還提供上述多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法獲得的透明導(dǎo)電薄膜，不同參數(shù)制備的薄膜電阻率在為2. 0Χ10_2Ω · cm 8. 2Χ10_4Ω .cm。以及采用所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法在制備半導(dǎo)體光電領(lǐng)域中的應(yīng)用，主要是在透明加熱元件、抗靜電、電磁波防護(hù)膜、太陽(yáng)能透明電極的應(yīng)用。本發(fā)明實(shí)施例提供的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，在制備過(guò)程中通入氫氣，避免襯底高溫加熱的過(guò)程，適用于一些不能高溫加熱的柔性襯底。而且得到的透明導(dǎo)電薄膜結(jié)晶質(zhì)量好、電阻率低、導(dǎo)電性能穩(wěn)定。以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述實(shí)施例1 選用Al2O3AnO = 1/80 (摩爾比)粉體，以及Sb203/Sn02 = 15/85 (摩爾比)粉體， 分別經(jīng)過(guò)均勻混合后，燒結(jié)成兩個(gè)50X2mm的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內(nèi)。然后， 先后用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水超聲清洗石英襯底，并用高純氮?dú)獯蹈?，放入真空腔體。 把靶材和襯底的距離設(shè)定為60mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到6. OX 10_4Pa，襯底溫度60°C，通入氫氣和氬氣的混合氣，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為l.OPa，氫氣的摩爾比含量為1%，開(kāi)始薄膜的沉積。其中，AZO靶位的濺射功率設(shè)定為100W，AT0靶位的功率設(shè)定為120W，沉積時(shí)間為 120min。實(shí)施例2:選用Al2O3AnO = 1/80 (摩爾比)粉體，以及Sb203/Sn02 = 15/85 (摩爾比)粉體， 分別經(jīng)過(guò)均勻混合后，燒結(jié)成兩個(gè)50X2mm的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內(nèi)。然后， 先后用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水超聲清洗石英襯底，并用高純氮?dú)獯蹈桑湃胝婵涨惑w。 把靶材和襯底的距離設(shè)定為60mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到6. OX 10_4Pa，襯底溫度60°C，通入氫氣和氬氣的混合氣，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為l.OPa，氫氣的摩爾比含量為2%，開(kāi)始薄膜的沉積。其中，AZO靶位的濺射功率設(shè)定為100W，AT0靶位的功率設(shè)定為120W，沉積時(shí)間為 120min。實(shí)施例3 選用Al2O3AnO = 1/80 (摩爾比)粉體，以及Sb203/Sn02 = 15/85 (摩爾比)粉體， 分別經(jīng)過(guò)均勻混合后，燒結(jié)成兩個(gè)50X2mm的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內(nèi)。然后， 先后用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水超聲清洗石英襯底，并用高純氮?dú)獯蹈?，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設(shè)定為60mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到6. OX 10_4Pa，襯底溫度60°C，通入氫氣和氬氣的混合氣，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為l.OPa，氫氣的摩爾比含量為3%，開(kāi)始薄膜的沉積。其中，AZO靶位的濺射功率設(shè)定為100W，AT0靶位的功率設(shè)定為120W，沉積時(shí)間為 120min。實(shí)施例4 選用Al2O3AnO = 1/80 (摩爾比)粉體，以及Sb203/Sn02 = 15/85 (摩爾比)粉體， 分別經(jīng)過(guò)均勻混合后，燒結(jié)成兩個(gè)50X2mm的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內(nèi)。然后， 先后用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水超聲清洗石英襯底，并用高純氮?dú)獯蹈?，放入真空腔體。 把靶材和襯底的距離設(shè)定為60mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到6. OX 10_4Pa，襯底溫度60°C，通入氫氣和氬氣的混合氣，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為1. OPa，氫氣的摩爾比含量為4%，開(kāi)始薄膜的沉積。其中，AZO靶位的濺射功率設(shè)定為100W，AT0靶位的功率設(shè)定為120W，沉積時(shí)間為 120min。實(shí)施例5 選用Al2O3AnO = 1/90 (摩爾比)粉體，以及Sb203/Sn02 = 1/9 (摩爾比)粉體，分別經(jīng)過(guò)均勻混合后，燒結(jié)成兩個(gè)50X2mm的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內(nèi)。然后，先后用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水超聲清洗石英襯底，并用高純氮?dú)獯蹈?，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設(shè)定為60mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到6. O X10_4Pa，襯底溫度30°C，通入氫氣和氬氣的混合氣，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為1. OPa，氫氣的摩爾比含量為4%，開(kāi)始薄膜的沉積。其中，AZO靶位的濺射功率設(shè)定為100W，AT0靶位的功率設(shè)定為120W，沉積時(shí)間為 120mino實(shí)施例6 選用Al203/Zn0 = 1/100 (摩爾比)粉體，以及Sb203/Sr^2 = 1/4 (摩爾比)粉體，分別經(jīng)過(guò)均勻混合后，燒結(jié)成兩個(gè)50X2mm的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內(nèi)。然后，先后用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水超聲清洗石英襯底，并用高純氮?dú)獯蹈桑湃胝婵涨惑w。把靶材和襯底的距離設(shè)定為60mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到6. O X 10_4Pa，襯底溫度90°C，通入氫氣和氬氣的混合氣，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為l.OPa，氫氣的摩爾比含量為4%，開(kāi)始薄膜的沉積。其中，AZO靶位的濺射功率設(shè)定為100W，AT0靶位的功率設(shè)定為120W，沉積時(shí)間為 120mino圖2是本發(fā)明實(shí)施例1 4制備的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的在紫外-可見(jiàn)光下的透光率。所有樣品在可見(jiàn)光區(qū)的平均透過(guò)率均大于80%。圖3是本發(fā)明實(shí)施例1 4制備的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的電阻率與氫氣占總通入氣體摩爾百分比的變化曲線圖，從圖中可以得出，其電阻率為2.0Χ10_2Ω .CmNS-SXKT4Q · cm，當(dāng)氫氣含量為3%時(shí)，得到的透明導(dǎo)電薄膜的電阻率為8. 8X 10_4Ω · cm,即本發(fā)明實(shí)施例3得到的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜得到的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的電阻率最低。這說(shuō)明此濃度的氫氣摻雜最有利于電阻率的下降。而且，實(shí)施例3得到的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜穩(wěn)定性好，通過(guò)50°C 350°C加熱后電阻率的研究表明，當(dāng)加熱溫度低于150°C時(shí)，電阻率變化小于15% (見(jiàn)圖4)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 AZO靶材的制備將Al2O3和ZnO粉體混合，燒結(jié)作為靶材，所述Al2O3與SiO的摩爾量比為 1/120 1/35 ；ATO靶材的制備將Sb2O3和SnA粉體混合，燒結(jié)作為靶材，所述Sb2O3與SnA的摩爾量比為1/9 1/4 ；薄膜的沉積將所述AZO靶材和ATO靶材裝入磁控濺射腔體內(nèi)，抽真空，通往惰性氣體和氫氣混合氣體，所述惰性氣體和氫氣混合氣體的流量為15Sccm 2kccm，襯底溫度為 20°C 100°C，壓強(qiáng)為0. 2Pa 1. 6Pa,AZ0靶位和ATO靶位的濺射功率為60W 160W，沉積時(shí)間為40min MOmin。
2.如權(quán)利要求1所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述襯底為石英襯底、藍(lán)寶石襯底、柔性襯底中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，氫氣占?xì)錃夂投栊詺怏w的總摩爾數(shù)的1% 5%。
4.如權(quán)利要求3所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，氫氣占?xì)錃夂投栊詺怏w的總摩爾數(shù)的3% 4%。
5.如權(quán)利要求1所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述Al2O3與 ZnO的摩爾量比為1/90 1/50。
6.如權(quán)利要求1所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述Sb2O3與 SnO2的摩爾量比為1/7 1/5。
7.如權(quán)利要求1所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述AZO靶材的濺射功率為90W 110W，所述ATO靶材的濺射功率為IlOW 130W。
8.如權(quán)利要求1所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述壓強(qiáng)為 0. 8Pa 1. 2Pa。
9.如權(quán)利要求1 7任一所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法獲得的透明導(dǎo)電薄膜。
10.如權(quán)利要求8所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜在半導(dǎo)體光電器件中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料制備領(lǐng)域，提供一種多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法及其制備的薄膜和應(yīng)用，其方法包括如下步驟AZO靶材的制備，將Al2O3和ZnO粉體混合，燒結(jié)作為靶材，所述Al2O3與ZnO的摩爾量比為1/120～1/35；ATO靶材的制備，將Sb2O3和SnO2粉體混合，燒結(jié)作為靶材，所述Sb2O3與SnO2的摩爾量比為1/9～1/4；薄膜的沉積，將所述AZO靶材和ATO靶材裝入磁控濺射腔體內(nèi)，抽真空，惰性氣體和氫氣混合氣體的流量為15sccm～25sccm，襯底溫度為20℃～100℃，壓強(qiáng)為0.2Pa～1.6Pa，AZO靶位和ATO靶位的濺射功率為60W～160W，沉積時(shí)間為40min～240min。
文檔編號(hào)C23C14/35GK102465272SQ20101054403
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者周明杰, 王平, 陳吉星, 黃輝 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司