一種p型透明導電鈷氧化物金屬納米復合薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功能薄膜材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型P型透明導電氧化物薄膜的制備方法，具體地說是一種P型透明導電鈷氧化物金屬納米復合薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]從平板液晶顯示器、薄膜晶體管制造、太陽能電池透明電極以及火車飛機用玻璃除霜到建筑物幕墻玻璃，透明導電氧化物薄膜的應用十分廣泛。目前研宄主要集中在ZnO，In2O3, SnO2及其摻雜體系 SnO2:Sb, SnO2:F, In2O3:Sn(ITO)，Ζη0:Α1(ΑΖ0)等，但上述這些材料都屬于η型TCO材料。雖然在ZnO等體系中可通過一定工藝制備出P型TCO材料，但其導電性與η型TCO相差甚遠且制備工藝的穩(wěn)定性和重復性均需大幅度提高。因此，制備出性能優(yōu)越、工藝條件穩(wěn)定、重復性好的P型TCO薄膜材料，對研發(fā)基于P型TCO材料設計制作的新型透明ρ-η結(jié)、透明晶體管、透明場效應管等透明光電子器件具有非常重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種P型透明導電鈷氧化物金屬納米復合薄膜的制備方法，鈷氧化物的電阻率非常低、對可見光的透過性又較高，因此是一種很有應用前景的P型TCO材料，金屬納米復合又可以在不明顯影響這種材料光學透過率的情況下大幅降低其電阻率，使得其光電品質(zhì)因子大幅提尚。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)手段是:
[0005]一種P型透明導電鈷氧化物金屬納米復合薄膜的制備方法，關(guān)鍵在于:本方法步驟中包括:
[0006]Α、陶瓷靶材的制備:利用高溫固相反應法燒結(jié)鈷氧化物陶瓷靶材；
[0007]B、脈沖激光沉積薄膜
[0008]在鈷氧化物陶瓷靶材上貼上扇形金屬薄片，制成復合靶，將復合靶放入PLD腔體，通過脈沖激光沉積技術(shù)在單晶基底上生長c軸取向的鈷氧化物金屬納米復合預制薄膜；
[0009]C、退火處理，得到c軸取向的透明導電鈷氧化物金屬納米復合薄膜。
[0010]所述的鈷氧化物陶瓷靶材是Co3O4靶材、或是Ca 3Co409靶材、或是Bi 2Sr2Co208靶材。
[0011]所述的Co3O4靶材的制備過程為:采用純度為99.99%的Co3O4粉末研磨均勻后，用靜壓方法壓制成型，在650-750°C的電阻爐內(nèi)預燒結(jié)5-7小時，制得沉積所用的Co3O4靶材。
[0012]所述的Ca3Co4O9靶材的制備過程為:將高純CaCO 3、Co304按鈣與鈷的摩爾比3:4稱量，再經(jīng)過混合、研磨、壓片成型后，在850-950°C的高溫退火爐內(nèi)預燒結(jié)8-12小時。
[0013]所述的Bi2Sr2Co2O8靶材的制備過程為:將純度為99.99%的Bi 203、SrC03、Co3O4粉末按化學式中原子比例稱量，混合均勻后置于750-850°C的高溫退火爐中預燒結(jié)8-12小時，然后將粉末充分研磨并壓制成片，在860-880°C的溫度下燒結(jié)38-42小時，制得沉積所用的Bi2Sr2Co2O8靶材。
[0014]所述的Co3O4靶材經(jīng)過步驟B后的退火過程如下:將NaHCO 3粉末覆蓋在預制薄膜表面，將覆蓋有NaHCCV薄片的預制薄膜置于高溫退火爐中進行退火處理，退火溫度為700-750°C、時間為1-2小時，這樣即可獲得c軸取向的透明導電NaxCo02金屬納米復合薄膜。
[0015]所述的Ca3Co4O9靶材經(jīng)過步驟B后的退火過程如下:將預制薄膜放在管式高溫爐中進行退火處理，退火溫度為780-820°C、時間為1-2小時，退火時需向管式爐中通入流動的純度為99.99%的氧氣，氧壓0.8-1大氣壓，得到c軸取向的透明導電Ca3Co4O9金屬納米復合薄膜。
[0016]所述的Bi2Sr2Co2O8靶材經(jīng)過步驟B后的退火過程如下:預制薄膜沉積完畢后，在PLD沉積室內(nèi)自然降溫至室溫，降溫時需向沉積室中通入流動的純度為99.99%的氧，氧壓為40-80Pa，得到c軸取向的透明導電Bi2Sr2Co2O8金屬納米復合薄膜。
[0017]所述的扇形金屬薄片的金屬是純度為99.99%的Au或Ag，該扇形金屬薄片半徑和陶瓷靶材的半徑相等，圓心角為40-60°。
[0018]步驟B中所述的脈沖激光沉積技術(shù)的激光頻率1-lOHz，激光能量密度1.5_3mJ/cm2，本底真空10_4-10_5Pa，氧壓IX 10_2-80Pa，基底溫度600_700°C，基底和靶材之間的距離為 40_60mm。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:其一，工藝穩(wěn)定性好、樣品重復率高；其二，制備的P型透明導電鈷氧化物金屬納米復合薄膜結(jié)晶質(zhì)量好，沿c軸方向取向生長且不含任何雜相；其三，制備的P型透明導電鈷氧化物金屬納米復合薄膜具有較高的電導率和可見光透過率，光電品質(zhì)因子尚。
【附圖說明】
[0020]圖1是對制得的透明導電復合薄膜使用D8型X-射線衍射儀測試后得到的XRD圖曰O
[0021]圖2是透明導電復合薄膜的透射光譜，圖中橫坐標為波長，縱坐標為透過率。
[0022]圖3是透明導電復合薄膜的低溫電阻率圖譜，圖中橫坐標為溫度，縱坐標為電阻率。
[0023]圖4是通過對本發(fā)明透明導電復合薄膜的吸收系數(shù)進行擬合得到的光學帶隙，圖中橫坐標為光子能量(h υ )，縱坐標為(a h υ )2。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0025]實驗所用激光器為308nm的XeCl準分子激光器，靶材為經(jīng)高溫固相反應法燒結(jié)而成的陶瓷靶，由市場購得單晶基底，高純氧氣。
[0026]實施例一、P型透明導電Bi2Sr2Co208/Au復合薄膜的制備
[0027]該復合薄膜的制備方法步驟中包括:
[0028]A、將純度為99.99%的Bi203、SrCO3.Co3O4粉末按化學式中原子比例稱量，混合均勻后置于750-850°C的電阻爐中預燒結(jié)8-12小時，然后將粉末充分研磨并壓制成片，在860-880°C的溫度下燒結(jié)38-42小時，制得沉積所用的Bi2Sr2Co2O8靶材；
[0029]B、在Bi2Sr2Co2O8革E材上貼上圓心角為45°的扇形Au薄片，扇形Au薄片半徑和陶瓷靶材的半徑相等制成復合靶，將復合靶放入PLD腔體，通過脈沖激光沉積技術(shù)在單晶基底上生長c軸取向的Bi2Sr2Co2O8Au復合預制薄膜；
[0030]C、氧氣氛圍自然降溫退火:
[0031]預制薄膜沉積完畢后，在PLD沉積室內(nèi)隨加熱器自然冷卻降溫，降溫時需向沉積室中通入流動的純度為99.99%的氧，氧壓為40-80Pa，得到c軸取向的透明導電Bi2Sr2Co2O8Au復合薄膜，其中Au原子百分比為1.5at%。
[0032]參見附圖1，XRD測試表明制備的P型透明導電Bi2Sr2Co2O8Au復合薄膜為c軸取向生長，由圖中各衍射峰的位置和相對強度可知，制備的薄膜具有很好的結(jié)晶度，沿c軸方向取向生長且不含任何雜相。參見附圖2，其室溫電阻率為3.0mΩ cm