一種雙層透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種雙層透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法，由下層的Cu層和頂層的SnO2層構(gòu)成，為SnO2/Cu透明導(dǎo)電薄膜；先將SnO2靶材和Cu靶材裝入磁控濺射腔體內(nèi)，真空度抽至1.0×10-5Torr以下，使用Ar和O2作為濺射氣體濺射SnO2層，SnO2層厚度為10～120nm；再將真空度抽至5.0×10-5Torr以下，使用Ar作為濺射氣體濺射Cu層，Cu層厚度為3～20nm，制得SnO2/Cu雙層透明導(dǎo)電薄膜。本發(fā)明具有極高的電導(dǎo)率和好的光學(xué)透過(guò)率，制備工藝簡(jiǎn)單、材料無(wú)毒、成本低，與其他技術(shù)相比，更有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種雙層透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 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Sn02/Cu雙層透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]透明導(dǎo)電氧化物薄膜在電子學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，如平面顯示器、熱反射鏡、有機(jī)發(fā)光器件、光電器件和太陽(yáng)能電池。目前，應(yīng)用較多的是銦錫氧化物薄膜(ITO)，由于ITO具有高透過(guò)率、低電阻率和高功函數(shù)等特點(diǎn)，在許多方面得到應(yīng)用。但是，由于銦有毒，價(jià)格昂貴，穩(wěn)定性差，在氫等離子體氣氛中容易被還原等問(wèn)題，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，SnO2價(jià)格較ITO價(jià)格便宜，SnO2材料無(wú)毒，具有很高的化學(xué)和熱穩(wěn)定性。SnO2是一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)良的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)。
[0003]Cu具有很好的導(dǎo)電性能，價(jià)格比Au和Ag便宜。超薄Cu金屬層的引入能使SnO2基透明導(dǎo)電薄膜在保留較高透過(guò)率的前提下，大幅度提高多層結(jié)構(gòu)的電學(xué)性質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，在保留導(dǎo)電薄膜較高光學(xué)透過(guò)率的前提下，進(jìn)一步提高導(dǎo)電薄膜的電學(xué)性質(zhì)，提供一種多層透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法。
[0005]本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0006]一種雙層透明導(dǎo)電薄膜，由下層的Cu層和頂層的SnO2層構(gòu)成，即Sn02/Cu透明導(dǎo)電薄膜；
[0007]該雙層透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，具有如下步驟:
[0008](I)將SnO2靶材和Cu靶材裝入磁控濺射腔體內(nèi)；
[0009]再先后使用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水超聲洗滌襯底，并用高純氮?dú)獯蹈?，然后將其裝入磁控派射腔體內(nèi)；祀材與襯底的距離為40~90mm ；
[0010](2)待步驟I完成后，將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空度抽至1.0X 10_6~5 X KT5Torr，使用Ar和O2作為濺射氣體濺射SnO2層；濺射功率為50~200W，進(jìn)行沉積得到厚度為10~120nm的SnO2層；
[0011](3)步驟2完成后，停止通入Ar和O2，將磁控濺射系統(tǒng)的真空度抽1.0X 10_6~
5.0X KT5Torr以下，然后使用Ar作為濺射氣體濺射Cu層；濺射功率30~200W，沉積得到厚度為3~20nm的Cu層，制得Sn02/Cu雙層透明導(dǎo)電薄膜；
[0012]所述步驟(1)的SnO2靶材中SnO2的純度為99.5 % ；Cu靶材中Cu的純度為99.99%。
[0013]所述步驟(1)的襯底為玻璃、石英或者藍(lán)寶石襯底。
[0014]所述步驟(2)的Ar和O2的純度均在99.99%以上。
[0015]所述步驟(2)的磁控濺射系統(tǒng)中的氧氣和氬氣的分壓比在1/40與1/5之間；濺射總氣壓0.5~5mTorr0[0016]所述步驟⑵的SnO2層的厚度為20~50nm。
[0017]所述步驟(3)的Ar的純度均99.99%以上；濺射總氣壓為3~20mTott。
[0018]所述步驟⑶的Cu層的厚度為10~13nm。
[0019]所述步驟(2)或(3)的薄膜厚度通過(guò)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)或者沉積時(shí)間進(jìn)行控制。
[0020]本發(fā)明的有益效果如下:
[0021](1)本發(fā)明獲得的雙層透明導(dǎo)電薄膜具有極高的電導(dǎo)率和好的光學(xué)透過(guò)率，在光電子器件中有廣泛的應(yīng)用前景。
[0022](2)本發(fā)明提供的雙層透明導(dǎo)電薄膜的制備工藝簡(jiǎn)單、材料無(wú)毒、成本低，與其他技術(shù)相比，更有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為實(shí)施例1在石英襯底上制備的Sn02/Cu雙層透明導(dǎo)電薄膜的光學(xué)透過(guò)性能(紫外-可見(jiàn)光譜)圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述，應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0025]實(shí)施例1
[0026](I)將SnO2靶材和Cu靶材裝入磁控濺射腔體內(nèi)；SnO2靶材中SnO2的純度為99.5% ；Cu靶材中Cu的純度為99.99%。
[0027]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?，放入磁控濺射腔體內(nèi)；靶材與石英襯底的距離為90mm ;。
[0028](2)將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空度抽至1.0X10_6Torr ;通入60sccm的氬氣和4sCCm的氧氣(氬氧比為15:1)，濺射總氣壓調(diào)節(jié)為5mT0rr ;濺射功率為200W，進(jìn)行沉積得到30nm厚的SnO2薄膜。
[0029]Ar和O2的純度均在99.99%以上；
[0030](3)將磁控濺射系統(tǒng)的真空度抽至1.0X KT6Torr ;通入60sccm的氬氣，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為IOmTorr。濺射功率為200W，進(jìn)行沉積得到Ilnm厚的Cu薄膜，制得Sn02/Cu雙層透明導(dǎo)電薄膜。
[0031]圖1為實(shí)施例1在石英襯底上制備的Sn02/Cu雙層透明導(dǎo)電薄膜的光學(xué)透過(guò)性能(紫外-可見(jiàn)光譜)圖譜，可見(jiàn)在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的平均光學(xué)透過(guò)率達(dá)到80 %。
[0032]經(jīng)檢測(cè)所得的Sn02/Cu雙層透明導(dǎo)電薄膜的方電阻如表1所示，實(shí)施例1的方塊電阻為15Ω / 口。
[0033]實(shí)施例2
[0034](I)將SnO2靶材和Cu靶材裝入磁控濺射腔體內(nèi)；SnO2靶材中SnO2的純度為99.5% ；Cu靶材中Cu的純度為99.99% ；
[0035]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?，放入磁控濺射腔體內(nèi)；靶材與石英襯底的距離為60_。
[0036](2)將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空度抽至5.0X 10_5Torr。通入60sCCm的氬氣和4sccm的氧氣(氬氧比為15:1)，濺射總氣壓調(diào)節(jié)為0.5mTorr。濺射功率為50W，進(jìn)行沉積得到30nm后的SnO2薄膜；
[0037]Ar和O2的純度均在99.99%以上；
[0038](3)將磁控派射系統(tǒng)的真空度抽至5.0X l(T5Torr。通入60sccm的U1氣,壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為IOmTorr。濺射功率為30W，進(jìn)行沉積得到9nm厚的Cu薄膜，制得Sn02/Cu雙層透明導(dǎo)電薄膜。
[0039]經(jīng)檢測(cè)所得的Sn02/Cu多層薄膜的方塊電阻如表1所示，得到的Sn02/Cu多層薄膜的方塊電阻為19 Ω / 口 ；在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的平均光學(xué)透過(guò)率達(dá)到75%。
[0040]實(shí)施例3
[0041](I)將SnO2靶材和Cu靶材裝入磁控濺射腔體內(nèi)；Sn02靶材中SnO2的純度為99.5% ；Cu靶材中Cu的純度為99.99% ；
[0042]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湃氪趴貫R射腔體內(nèi)；靶材與石英襯底的距離為60_。
[0043](2)將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空度抽至6.0X 10_6Torr。通入60sCCm的氬氣和4SCCm的氧氣(氬氧比為^^^濺射總氣壓調(diào)節(jié)為〗!!!!^!.!.。濺射功率為150W，進(jìn)行沉積得到30nm后的SnO2薄膜；
[0044]Ar和O2的純度均在99.99 %以上；
[0045](3)將磁控派射系統(tǒng)的真空度抽至6.0X l(T6Torr。通入60sccm的U1氣,壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為IOmTorr。濺射功率為100W，進(jìn)行沉積得到13nm厚的Cu薄膜，制得Sn02/Cu雙層透明導(dǎo)電薄膜。
[0046]經(jīng)檢測(cè)所得的Sn02/Cu多層薄膜的方電阻如表1所示，得到的Sn02/Cu多層薄膜的方塊電阻為11 Ω / 口 ；在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的平均光學(xué)透過(guò)率達(dá)到72%。
[0047]實(shí)施例4
[0048](I)將SnO2靶材和Cu靶材裝入磁控濺射腔體內(nèi)；SnO2靶材中SnO2的純度為99.5% ；Cu靶材中Cu的純度為99.99% ；
[0049]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?，放入磁控濺射腔體內(nèi)；靶材與石英襯底的距離為60_。
[0050](2)將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空度抽至6.0X 10_6Torr。通入60sCCm的氬氣和4SCCm的氧氣(氬氧比為^^^濺射總氣壓調(diào)節(jié)為〗!!!!^!.!.。濺射功率為150W，進(jìn)行沉積得到20nm后的SnO2薄膜；
[0051]Ar和O2的純度均在99.99%以上；
[0052](3)將磁控派射系統(tǒng)的真空度抽至6.0X l(T6Torr。通入60sccm的U1氣,壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為lOmTorr。濺射功率為100W，進(jìn)行沉積得到llnm，厚的Cu薄膜，制得Sn02/Cu雙層透明導(dǎo)電薄膜。
[0053]經(jīng)檢測(cè)所得的Sn02/Cu多層薄膜的方塊電阻如表1所示，得到的Sn02/Cu多層薄膜的方塊電阻為17 Ω / 口 ；在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的平均光學(xué)透過(guò)率達(dá)到70%。
[0054]實(shí)施例5
[0055](I)將SnO2 IE材和Cu革巴材裝入磁控派射腔體內(nèi)；SnO2 IE材中SnO2的純度為99.5% ；Cu靶材中Cu的純度為99.99% ；[0056]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?，放入磁控濺射腔體內(nèi)；靶材與石英襯底的距離為60_。
[0057](2)將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空度抽至6.0X 10_6Torr。通入60sCCm的氬氣和4sccm的氧氣(氬氧比為:15:1)，濺射總氣壓調(diào)節(jié)為2mTorr。濺射功率為150W，進(jìn)行沉積得到50nm后的SnO2薄膜；
[0058]Ar和O2的純度均在99.99%以上；
[0059](3)將磁控派射系統(tǒng)的真空度抽至6.0X l(T6Torr。通入60sccm的U1氣,壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為IOmTorr。濺射功率為100W，進(jìn)行沉積得到Ilnm厚的Cu薄膜，制得Sn02/Cu雙層透明導(dǎo)電薄膜。
[0060]經(jīng)檢測(cè)所得的Sn02/Cu多層薄膜的方塊電阻如表1所示，得到的Sn02/Cu多層薄膜的方塊電阻為18 Ω / 口 ；在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的平均光學(xué)透過(guò)率達(dá)到67%。
[0061]表1
[0062]
【權(quán)利要求】
1.一種雙層透明導(dǎo)電薄膜，由下層的Cu層和頂層的SnO2層構(gòu)成，即Sn02/Cu透明導(dǎo)電薄膜； 該雙層透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，具有如下步驟: (1)將SnO2靶材和Cu靶材裝入磁控濺射腔體內(nèi)； 再先后使用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水超聲洗滌襯底，并用高純氮?dú)獯蹈?，然后將其裝入磁控派射腔體內(nèi)；祀材與襯底的距離為40~90mm ； (2)待步驟I完成后，將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空度抽至1.0X 10_6~5 X KT5Torr，使用Ar和O2作為濺射氣體濺射SnO2層；濺射功率為50~200W，進(jìn)行沉積得到厚度為10~120nm 的 SnO2 層； (3)步驟2完成后，停止通入Ar和O2，將磁控濺射系統(tǒng)的真空度抽1.0X10_6~5.0X KT5Torr以下，然后使用Ar作為濺射氣體濺射Cu層；濺射功率30~200W，沉積得到厚度為3~20nm的Cu層，制得Sn02/Cu雙層透明導(dǎo)電薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于，所述步驟(1)的SnO2靶材中SnO2的純度為99.5% ；Cu靶材中Cu的純度為99.99%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于，所述步驟(1)的襯底為玻璃、石英或者藍(lán)寶石襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于，所述步驟(2)的Ar和O2的純度均在99.99%以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于，所述步驟(2)的磁控濺射系統(tǒng)中的氧氣和氬氣的分壓比在1/40與1/5之間；濺射總氣壓0.5~5mTorr。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于，所述步驟(2)的SnO2層的厚度為20~50nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于，所述步驟(3)的Ar的純度均99.99%以上；濺射總氣壓為3~20mTott。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于，所述步驟(3)的Cu層的厚度為10~13nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于，所述步驟(2)或(3)的薄膜厚度通過(guò)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)或者沉積時(shí)間進(jìn)行控制。
【文檔編號(hào)】C23C14/35GK103993282SQ201410238873
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】李玲霞, 于仕輝, 董和磊, 許丹, 金雨馨 申請(qǐng)人:天津大學(xué)