金屬鎂基uvc波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及透明導(dǎo)電材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬鎂基UVC波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的透明導(dǎo)電薄膜在近紫外和可見區(qū)具有較高的透過率，并兼具優(yōu)良的導(dǎo)電性，已應(yīng)用于平板液晶顯示器、觸摸屏、太陽能電池等領(lǐng)域。近年來，透明導(dǎo)電薄膜還被應(yīng)用于低輻射玻璃、節(jié)能電致變色窗、除霜除霧玻璃、抗靜電涂層、防電磁干擾透明窗和紅外至雷達波段寬頻譜隱身材料等諸多新興領(lǐng)域。ITO(In2O3 = Sn)、SnO2:F、ZAO(ZnO:Al)等傳統(tǒng)單層透明導(dǎo)電膜應(yīng)用較為廣泛，它們具有高可見光透過率(85% -90% )、化學(xué)穩(wěn)定性好、與各種基板(如玻璃、PVC、硅片等)附著力好等優(yōu)點。
[0003]然而隨著發(fā)光與光電探測器件向深紫外區(qū)域發(fā)展，上述傳統(tǒng)透明導(dǎo)電薄膜由于帶隙寬度的限制(一般小于4.0eV)，難以透過波長小于300nm的深紫外光。目前，Si或者Sn摻雜Ga2O3薄膜具備深紫外透明導(dǎo)電性，但是由于材料的禁帶寬度越大，將其摻雜成為導(dǎo)電材料的困難也越大，所以具有優(yōu)良導(dǎo)電特性的單層Ga2O3基深紫外透明導(dǎo)電薄膜也較難制備。對于多層結(jié)構(gòu)Ga2O3基深紫外透明導(dǎo)電薄膜而言，由于Ga2O3材料光學(xué)禁帶寬度的限制，其很難透過波長小于250nm的UVC波段的紫外光。為此，研制電阻率低、UVC波段透射率高的新型材料或者新結(jié)構(gòu)就顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，針對目前缺少導(dǎo)電性優(yōu)良、UVC波段透明的電極材料的問題，提出一種金屬鎂基UVC波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在UVC波段(200nm至290nm)實現(xiàn)了良好的透明導(dǎo)電性。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種金屬鎂基UVC波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，包括兩層Mg基化合物層，所述兩層Mg基化合物層之間設(shè)置有金屬Mg層。
[0006]進一步地，所述Mg基化合物層厚度為l_500nm，優(yōu)選為10_50nm ;所述金屬Mg層厚度為 0.l_20nm，優(yōu)選為 2_10nm。
[0007]進一步地，所述Mg基化合物層的材質(zhì)為光學(xué)帶隙較寬的材料，優(yōu)選所述Mg基化合物層的材質(zhì)為:MgO、MgS、MgFjP MgCl 2中的一種或者幾種混合。
[0008]本發(fā)明的另一目的還提供了一種金屬鎂基UVC波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟:
[0009](I)采用高純靶材，將襯底放入反應(yīng)室內(nèi)，調(diào)節(jié)反應(yīng)室內(nèi)壓強，調(diào)節(jié)襯底溫度；
[0010](2)通過磁控濺射方法在襯底上制備一層Mg基化合物層；
[0011](3)通過磁控濺射方法，以高純氬氣為濺射氣體，在Mg基化合物層上生長一層金屬Mg層；
[0012](4)通過磁控濺射方法繼而在金屬Mg層上再生長一層Mg基化合物層；獲得金屬鎂基UVC波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
[0013]進一步地，在步驟⑴之前，先清洗襯底，去除襯底表面雜質(zhì)，吹干后待用。優(yōu)選的所述襯底為單晶藍寶石。
[0014]進一步地，步驟⑴所述高純靶材為金屬鎂、MgO, MgS, MgF# MgCl 2中的一種或者幾種，優(yōu)選高純金屬鎂靶材；反應(yīng)室內(nèi)壓強范圍為0.1Pa至20Pa，優(yōu)選的所述反應(yīng)室內(nèi)壓強范圍為0.5-5Pa ;所述襯底溫度范圍為0°C至1200 °C，優(yōu)選的所述襯底溫度范圍為25-500。。。
[0015]進一步地，步驟(2)和步驟(4)磁控濺射方法中的濺射氣體為單一高純氣體或者混合氣體。
[0016]進一步地，所述單一高純氣體或者混合氣體為氧氣、氟氣、氯氣、臭氧、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氫、氟化氫、氯化氫、四氟化碳、氯化硼、氬氣，以及含有氧元素、硫元素、氟元素和氯元素的氣體中的一種或者多種。
[0017]進一步地，步驟(4)中，在金屬Mg層上再生長一層Mg基化合物層后，進行后處理，所述后處理工藝包括對樣品選擇進行熱退火、光輻射、磁輻射和核輻照中的一種或多種。
[0018]進一步地，所述退火溫度范圍為0°C至1500°C，優(yōu)選為100-500°C ;退火氣氛為氧氣、氮氣、氟氣、氯氣、臭氧、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氫、氟化氫、氯化氫、四氟化碳、氯化硼、氬氣，以及含有氧元素、硫元素、氟元素和氯元素的氣體中的一種或者多種；所述后處理工藝中反應(yīng)室內(nèi)壓強范圍為0.1Pa至150000Pa，優(yōu)選為50000_120000Pa。
[0019]本發(fā)明金屬鎂基UVC波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(Mg基化合物/Mg/Mg基化合物)設(shè)計簡單、合理，其制備方法步驟科學(xué)、易行，與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有以下優(yōu)點:
[0020](I)本發(fā)明金屬鎂基UVC波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)采用合適的Mg基化合物，公開了最佳的各層厚度，該結(jié)構(gòu)在UVC波段(200nm至290nm)實現(xiàn)了優(yōu)良的透明導(dǎo)電性，經(jīng)檢測其平均透射率可高于80%，表面電阻率小于100 Ω / 口。
[0021](2)該方法采用磁控濺射的方法，以高純金屬鎂為靶材，以高純氬氣或者相應(yīng)高純氣體為濺射氣體，制備得到一種具有優(yōu)良UVC波段透明導(dǎo)電性的Mg基化合物/Mg/Mg基化合物多層膜結(jié)構(gòu)，該方法簡單、易行，便于實現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0022]圖1為實施例1中金屬鎂基UVC波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)在襯底上的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為實施例1中金屬Mg膜在200nm至290nm波長范圍內(nèi)透射率曲線；
[0024]圖3為實施例1中金屬鎂基UVC波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)在200nm至290nm波長范圍內(nèi)透射率曲線；
[0025]圖4為實施例2中300 °C退火后金屬鎂基UVC波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)在200nm至290nm波長范圍內(nèi)透射率曲線。
【具體實施方式】
[0026]以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進一步說明:實施例1
[0027]圖1為實施例1中金屬鎂基UVC波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)在襯底上的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實施例1中金屬Mg膜在200nm至300nm波長范圍內(nèi)透射率曲線；圖3為實施例1中金屬鎂基UVC波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)在200nm至290nm波長范圍內(nèi)透射率曲線；
[0028]本實施例公開了一種透明且導(dǎo)電性能優(yōu)良的金屬鎂基UVC波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的示意圖如圖1所示，順次包括第一 Mg基化合物層2、金屬Mg層3和第二 Mg基化合物層4。所述第一 Mg基化合物層2為MgO薄膜，厚度為40nm ;所述金屬Mg厚度為5nm ;所述第二 Mg基化合物層4為MgO，厚度為40nmo
[0029]本實施例金屬鎂基UVC波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的具體制備方法包含以下步驟:
[0030]步驟1:選擇單晶藍寶石I作為襯底，將襯底進行清洗處理、吹干后待用。
[0031]步驟2:正式開始沉積薄膜前，預(yù)濺射金屬鎂靶材20分鐘，以去除靶材表面的雜質(zhì)。
[0032]步驟3:通過磁控濺射方法制備第一層MgO薄膜時，氬氣流量為20sccm，氧氣流量為lOsccm，反應(yīng)室內(nèi)壓強為0.8Pa，射頻功率為130W，托盤轉(zhuǎn)速10r/min ；
[0033]其中，襯底未進行加熱，MgO厚度為40nm。
[0034]步驟4:濺射制備金屬Mg膜時，氬氣流量為20SCCm，工作壓強0.8Pa，射頻功率130W，托盤轉(zhuǎn)速 10r/min。
[0035]其中，襯底未進行加熱，金屬Mg厚度為5nm。
[0036]步驟5:通過磁控濺射方法制備第二層MgO薄膜時，氬氣流量為20sccm，氧氣流量為lOsccm，反應(yīng)室內(nèi)壓強為0.8Pa，射頻功率為130W，托盤轉(zhuǎn)速10r/min ；
[0037]其中，襯底未進行加熱，MgO厚度為40nm。
[0038]Mg0/Mg/Mg0多層結(jié)構(gòu)制備完畢后，不進行后續(xù)處理。
[0039]檢測本實施例金屬鎂基UVC波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(Mg0/Mg/Mg0多層膜結(jié)構(gòu))的電學(xué)特性，采用霍爾測試系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)為:表面電阻率為57.35 Ω / 口。Mg0/Mg/Mg0多層膜結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性，采用UV-3600型紫外可見分光光度計得到的數(shù)據(jù)如圖3所示，為200nm至290nm波段(UVC波段)的透射率大于90%。通過對比圖2曲線可見，本實施例制備得到的金屬鎂基UVC波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)透射率與金屬Mg膜在200nm至290nm波長范圍內(nèi)透射率基本相當(dāng)。
[0040]實施例2
[0041 ] 圖4為實施例2中300 0C退火后金屬鎂基UVC波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)在200nm至290nm波長范圍內(nèi)透射率曲線。
[0042]本實施例公開了一種透明且導(dǎo)電性能優(yōu)良的金屬鎂基UVC波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，順次包括第一 Mg基化合物層、金屬Mg層和第二 Mg基化合物層。所述第一 Mg基化合物層為MgO薄膜，厚度為40nm ;所述金屬Mg厚度為5nm ;所述第二 Mg基化合物層為MgO，厚度為40nmo
[0043]上述金屬鎂基UVC波段透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)具體制備方法步驟如下:
[0044]步驟1:選擇單晶藍寶石作為襯底。將襯底進行清洗處理、吹干后待用。
[0045]步驟2:正式開始沉積薄膜前，預(yù)濺射金屬鎂靶材20分鐘，以去除靶材表面的雜質(zhì)。
[0046]步驟3:通過磁控濺射方法制備第一層MgO薄膜時，氬氣流量為20sccm，氧氣流量為lOsccm，反應(yīng)室內(nèi)壓強為0.8Pa，射頻功率為130W，托盤轉(zhuǎn)速10r/min ；
[0047]其中，襯底未進行加熱，MgO厚度為40nm。
[0048]步驟4:濺射制備金屬Mg膜時，氬氣流量為20SCCm，工作壓