通過錫和鋅共摻雜制備低銦含量氧化銦錫薄膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種通過錫和鋅共摻雜制備低銦含量氧化銦錫薄膜的方法，低銦含量氧化銦錫ITO薄膜采用磁控濺射技術制備，所用的靶材為摻Sn量為4-10%wt的ITO陶瓷靶，在其上覆蓋直徑為1-3cm，厚度為0.3-0.5cm，純度為99.0-99.99%wt的ZnO陶瓷靶材，在玻璃襯底上制備出低銦含量的高質(zhì)量ITO透明導電薄膜；錫和鋅摻雜量為10%-25%wt，沿（400）面擇優(yōu)取向、膜厚均勻為1300-1800nm，薄膜電阻率為2-9×10-3Ω.cm，透光率>90%；In含量為75%-90%wt?？朔ㄟ^單一摻雜技術制備ITO薄膜的局限，即Sn的最大摻入量不能超過10%。能夠?qū)崿F(xiàn)電子和空穴有效復合摻雜,大幅度提高摻雜總量，從而降低ITO薄膜的銦含量，實現(xiàn)降低成本和保護資源環(huán)境的目的。
【專利說明】通過錫和鋅共摻雜制備低銦含量氧化銦錫薄膜的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料制備【技術領域】，具體是一種高摻雜低銦含量ITO薄膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]氧化銦錫(摻錫氧化銦薄膜，ΙΤ0)作為目前最有商業(yè)和技術價值的透明導電氧化物薄膜已被廣泛應用于眾多高科技領域，近幾年來市場需求急劇增加。由于銦屬于劇毒的稀有元素，儲藏量有限，近年來價格飆升，使得研究降低銦消耗量、尋找ITO替代材料和開發(fā)銦的回收及再生技術變得越發(fā)重要和緊迫。通常商業(yè)用ITO中錫的摻入量通常為4_6%wt，最高不能超過10%wt，否則，由于引入過多載流子使得其遷移率降低，電阻率增加。本發(fā)明涉及一種通過大幅度提高摻雜量來有效降低ITO中銦使用量的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術問題:本發(fā)明的目的是克服通過單一摻雜技術制備ITO薄膜的局限，即Sn的最大摻入量不能超過10%。提供一種通過錫和鋅共摻雜制備低銦含量氧化銦錫薄膜的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)電子和空穴有效復合摻雜，大幅度提高摻雜總量，從而降低ITO薄膜的銦含量，實現(xiàn)降低成本和保護資源環(huán)境的目的。
[0004]技術方案:為了最大限度地降低ITO薄膜中的銦含量，實現(xiàn)降低成本，保護環(huán)境的目標，本發(fā)明提供了一種制備通過Sn和Zn復合摻雜制備低銦含量ITO薄膜的方法。本發(fā)明的技術方案可根據(jù)以下方案實現(xiàn):
[0005]低銦含量氧化銦錫ITO薄膜采用磁控濺射技術制備，所用的靶材為摻Sn量為4-10%wt的ITO陶瓷靶，在其上覆蓋直徑為l-3cm，厚度為0.3-0.5cm,純度為99.0-99.99%wt的ZnO陶瓷靶材，在玻璃襯底上制備出低銦含量的高質(zhì)量ITO透明導電薄膜；錫和鋅摻雜量為10%-25%wt，沿(400)面擇優(yōu)取向、膜厚均勻為1300-1800nm，薄膜電阻率為 2-9 X I(T3 Ω.cm,透光率 >90% ；In 含量為 75%_90%wt。
[0006]該方法主要包含2個步驟:
[0007]a.1TO和ZnO復合靶材的設計:在ITO陶瓷靶上覆蓋直徑為l_3cm，厚度為
0.3-0.5cmZn0陶瓷靶，ZnO的摻入量通過放置在ITO靶材上ZnO靶的數(shù)量和覆蓋面積來控制；
[0008]b.高摻雜低銦含量I T O薄膜的制備:采用磁控濺射技術，本底氣壓
1-7 X KT4Pa ;氧分壓1-3 X 10_2Pa，濺射氣壓0.1-1Pa ；濺射功率100-150w ;加熱溫度380-420°C;濺射時間20-30mins ;濺射偏壓40_50v，樣品的退火工藝為:氧氣和氬氣混合氣氛下，380-420°C保溫10-20min，再降到180_200°C保溫20_30min后空冷至室溫。
[0009]所用的襯底除了玻璃之外 ，還包括硅、石英和三氧化二鋁襯底。
[0010]所用ITO靶材中Sn含量為4%_10%wt。
[0011]有益效果:采用本發(fā)明提供一種通過錫和鋅共摻雜制備低銦含量氧化銦錫薄膜的方法，可以克服通過單一摻雜技術制備ITO薄膜的局限，即Sn的最大摻入量不能超過10%wto通過電子和空穴有效復合摻雜，大幅度提高摻雜總量，從而降低ITO薄膜的銦含量(由單一摻雜時的~90-96%wt,最大降為~75%wt)。
【具體實施方式】
[0012]ITO薄膜制備使用磁控濺射技術，提供電子的摻雜元素采用Sn，提供空穴的摻雜元素采用Zn，靶材采用一定Sn含量的ITO陶瓷靶，在其上對稱覆蓋一定面積的ZnO陶瓷靶材，通過設計不同的覆蓋面積來調(diào)控Sn和Zn的復合摻雜量，進而確定ITO薄膜中的In含量。所用的基底材料采用玻璃、硅片、石英玻璃和三氧化二鋁。
[0013]本發(fā)明的一種通過錫和鋅共摻雜制備低銦含量ITO薄膜的方法具體實施分以下個2個步驟:
[0014]a.1TO和ZnO復合靶材的設計:所用的靶材為摻Sn量為4_10%wt的ITO陶瓷靶，在其上覆蓋不同尺寸的純度為99.0-99.99%wt的ZnO陶瓷靶材。
[0015]b.高摻雜低銦含量I T O薄膜的制備:采用磁控濺射技術，本底氣壓
1-7 X KT4Pa ;氧分壓1-3 X 10_2Pa，濺射氣壓0.1-1Pa ；濺射功率100-150w ;加熱溫度380-420°C;濺射時間20-30mins ;濺射偏壓40_50v，樣品的退火工藝為:氧氣和氬氣混合氣氛下，380-420°C保溫10-20min，再降到180_200°C保溫20_30min后空冷至室溫。
[0016]在玻璃襯底上制備出低銦含量的高質(zhì)量ITO透明導電薄膜。錫和鋅共摻雜量為10%-25%wt，沿(400)面擇優(yōu)取向、膜厚均勻(~1300-1800nm)薄膜電阻率為2_9Χ10-3Ω.cm，透光率>90%。In含量由原來通常的90%_96%wt降為75%_90%wt。
[0017]所用的襯底除了玻璃之外，還包括硅、石英和三氧化二鋁襯底。
[0018]實例I未摻雜Zn的ITO薄膜
[0019]實驗參數(shù):本底氣壓5X10_4Pa ;氧分壓lX10_2Pa，濺射氣壓0.1Pa ;濺射功率IlOw ;加熱溫度385°C;濺射時間20mins ;濺射偏壓40v，樣品的退火工藝為:氧氣和氬氣混合氣氛下，380°C保溫lOmin，再降到180°C保溫20min后空冷至室溫。在玻璃襯底上制備出高質(zhì)量ITO透明導電薄膜，膜厚1400nm，薄膜的透光性在可見光范圍為95%，電阻率為~2Χ10-3Ω.cm。
[0020]實例2錫和鋅共摻雜量為10%wt的ITO薄膜
[0021]實驗參數(shù):本底氣壓7X10_4Pa ;氧分壓2X10_2Pa，濺射氣壓0.2Pa ;濺射功率150w ;加熱溫度390°C;濺射時間25mins ;濺射偏壓40v，樣品的退火工藝為:氧氣和氬氣混合氣氛下，390°C保溫15min，再降到190°C保溫25min后空冷至室溫。在玻璃襯底上制備出低銦含量的高質(zhì)量ITO透明導電薄膜，膜厚1600nm，薄膜的透光性在可見光范圍為92%，，電阻率為~8Χ10-3Ω.cm。
[0022]實例3錫和鋅共摻雜量為15%wt的ITO薄膜
[0023]實驗參數(shù):本底氣壓6X KT4Pa ;氧分壓3X10_2Pa，濺射氣壓0.2Pa ;濺射功率150w ;加熱溫度390°C;濺射時間25mins ;濺射偏壓40v，樣品的退火工藝為:氧氣和氬氣混合氣氛下，390°C保溫15min，再降到190°C保溫25min后空冷至室溫。在硅襯底上制備出低銦含量的高質(zhì)量ITO導電薄膜，膜厚1800nm，電阻率為~6 X 10_3 Ω.cm。
[0024]實例4錫和鋅共摻雜量為20%wt的ITO薄膜[0025]實驗參數(shù):本底氣壓4X KT4Pa ;氧分壓2X10_2Pa，濺射氣壓0.2Pa ;濺射功率150w ;加熱溫度390°C;濺射時間25mins ;濺射偏壓40v，樣品的退火工藝為:氧氣和氬氣混合氣氛下，390°C保溫15min，再降到190°C保溫25min后空冷至室溫。在石英襯底上制備出低銦含量的高質(zhì)量ITO導電薄膜，膜厚1600nm，薄膜的透光性在可見光范圍為91%，電阻率為~5 X 10 3 Ω.cm。
[0026]實例4錫和鋅共摻雜量為22%wt的ITO薄膜[0027]實驗參數(shù):本底氣壓2X10_4Pa ;氧分壓3X10_2Pa，濺射氣壓0.2Pa ;濺射功率120w ;加熱溫度390°C;濺射時間25mins ;濺射偏壓40v，樣品的退火工藝為:氧氣和氬氣混合氣氛下，380°C保溫15min，再降到190°C保溫25min后空冷至室溫。在氧化鋁襯底上制備出低銦含量的高質(zhì)量ITO導電薄膜，薄膜的透光性在可見光范圍為93%，膜厚1500nm，電阻率為~4 X 10 3 Ω.cm。
[0028]實例5錫和鋅共摻雜量為25%wt的ITO薄膜
[0029]實驗參數(shù):本底氣壓4X KT4Pa ;氧分壓2X10_2Pa，濺射氣壓0.2Pa ;濺射功率140w ;加熱溫度390°C;濺射時間25mins ;濺射偏壓40v，樣品的退火工藝為:氧氣和氬氣混合氣氛下，385°C保溫15min，再降到190°C保溫25min后空冷至室溫。在氧化鋁襯底上制備出低銦含量的高質(zhì)量ITO導電薄膜，膜厚1600nm，薄膜的透光性在可見光范圍為90%，電阻率為~9 X 10 3 Ω.cm。
【權利要求】
1.一種通過錫和鋅共摻雜制備低銦含量氧化銦錫薄膜的方法，其特征在于:低銦含量氧化銦錫ITO薄膜采用磁控濺射技術制備，所用的靶材為摻Sn量為4-10%wt的ITO陶瓷靶，在其上覆蓋直徑為l_3cm，厚度為0.3-0.5cm,純度為99.0-99.99%wt的ZnO陶瓷靶材，在玻璃襯底上制備出低銦含量的高質(zhì)量ITO透明導電薄膜；錫和鋅摻雜量為10%-25%wt，沿(400)面擇優(yōu)取向、膜厚均勻為1300-1800nm，薄膜電阻率為2-9X 10-3 Ω.cm，透光率>90% ；In 含量為 75%-90%wt。
2.根據(jù)權利要求1所述的通過錫和鋅共摻雜制備低銦含量氧化銦錫薄膜的方法，其特征在于，該方法主要包含2個步驟: a.1TO和ZnO復合靶材的設計:在ITO陶瓷靶上覆蓋直徑為l_3cm，厚度為0.3-0.5cmZnO陶瓷靶，ZnO的摻入量通過放置在ITO靶材上ZnO靶的數(shù)量和覆蓋面積來控制； b.高摻雜低銦含量IT O薄膜的制備:采用磁控濺射技術，本底氣壓1-7 X KT4Pa ;氧分壓1-3X 10_2Pa，濺射氣壓0.1-1Pa ;濺射功率100_150w ;加熱溫度380_420°C ;濺射時間20-30mins ;濺射偏壓40_50v，樣品的退火工藝為:氧氣和氬氣混合氣氛下，380_420°C保溫10-20min，再降到180_200°C保溫20_30min后空冷至室溫。
3.根據(jù)權利要求1所述的通過錫和鋅共摻雜制備低銦含量氧化銦錫薄膜的方法，其特征在于所用的襯底除了玻璃之外，還包括硅、石英和三氧化二鋁襯底。
4.根據(jù)權利要求1所 述的通過錫和鋅共摻雜制備低銦含量氧化銦錫薄膜的方法，其特征在于所用ITO靶材中Sn含量為4%-10%wt。
【文檔編號】C23C14/08GK103526173SQ201310528453
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權日:2013年10月30日
【發(fā)明者】郭新立, 貴賓華, 黃瑛, 劉建雙 申請人:東南大學