制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法

制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟：襯底清洗：依次使用丙酮、無水乙醇、去離子水清洗襯底后放入磁控濺射室樣品架上；設(shè)置重金屬摻雜：取鉬絲固定在鋅靶上，鉬絲分布形狀為圓心輻射狀，鉬摻雜量控制在0.5-10％范圍內(nèi)；抽取真空：將磁控濺射室抽真空；調(diào)節(jié)濺射氣氛：分別以氧氣和氬氣作為反應(yīng)氣體和濺射氣體輸入磁控濺射室，氧氣純度為99.99％，氬氣純度在99.95％以上，氧氣流量與氬氣流量的比值控制在3：2至4：1之間；磁控濺射生長：使用60W的濺射功率，在0.8pa、室溫條件下，先對(duì)鋅靶預(yù)濺射5min，然后進(jìn)行反應(yīng)濺射生長鉬摻雜的氧化鋅薄膜。本發(fā)明制得的產(chǎn)品與現(xiàn)有的氧化鋅薄膜相比具有更好的透過率。
【專利說明】制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，屬于材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]寬禁帶氧化物半導(dǎo)體由于在可見光范圍內(nèi)具有高透過率和良好的導(dǎo)電性能，被廣泛應(yīng)用于太陽能電池、平板顯示器、有機(jī)光發(fā)射二極管、低輻射玻璃、透明薄膜晶體管及柔性電子器件等領(lǐng)域，其商業(yè)化前景十分看好。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體薄膜，存在大量的晶界等缺陷，引發(fā)了諸多器件性能方面的問題。如器件穩(wěn)定性降低，均勻性變差，1-V特性隨時(shí)間變化顯著，受力彎折后性能發(fā)生突變等，這些都限制了材料應(yīng)用領(lǐng)域。
[0003]理論和實(shí)驗(yàn)證明，非晶態(tài)薄膜材料由于不存在晶界等缺陷，所制備的器件具有很好的均勻性及良好的抗彎曲性能等。非晶態(tài)氧化鋅基半導(dǎo)體氧化物，具有以下特點(diǎn):(I)金屬鋅元素取得容易，價(jià)格便宜；(2)非晶態(tài)的氧化鋅導(dǎo)電性與晶態(tài)的ITO導(dǎo)電性相近，且非晶型態(tài)結(jié)構(gòu)易于刻蝕；⑶非晶態(tài)的氧化鋅表面粗糙度較ITO平緩，有助于光電器件的發(fā)光效率及壽命延長；(4)非晶態(tài)的氧化鋅有利于低溫成長，可在柔性基底上得到性質(zhì)良好的透明導(dǎo)電膜；(5)顯著彎曲后仍保持性能不變。該材料受到廣大研究人員的青睞，是目前應(yīng)用在透明柔性電子器件最被看好的半導(dǎo)體材料。但采用現(xiàn)有的制備方法制得的氧化鋅薄膜往往非晶態(tài)效果不理想，并且透明度不高。
[0004]此外，中國 發(fā)明專利申請(qǐng)ZL201010218263 (發(fā)明名稱“低溫形成非晶態(tài)透明氧化物薄膜的方法”)公開了一種非晶態(tài)透明氧化物薄膜的制備方法，該方法雖然具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但仍然存在以下缺陷:1)通過低溫，即273K，沉積獲得的薄膜附著力差，容易脫落；2)薄膜制備過程中的低溫環(huán)境實(shí)現(xiàn)困難，成本高，無法進(jìn)行大規(guī)模制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0006]一種制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]襯底清洗:依次使用丙酮、無水乙醇、去離子水清洗襯底后放入磁控濺射室樣品架上；
[0008]設(shè)置重金屬摻雜:取鑰絲固定在鋅靶上，鑰絲分布形狀為圓心輻射狀，鑰摻雜量控制在0.5-10%范圍內(nèi)；
[0009]抽取真空:將磁控濺射室抽真空；
[0010]調(diào)節(jié)濺射氣氛:分別以氧氣和氬氣作為反應(yīng)氣體和濺射氣體輸入磁控濺射室,氧氣純度為99.99%，氬氣純度在99.95%以上，氧氣流量與氬氣流量的比值控制在3:2至4:1之間；
[0011]磁控濺射生長:使用60W的濺射功率，在0.8pa、室溫條件下，先對(duì)鋅靶預(yù)濺射5min，然后進(jìn)行反應(yīng)濺射生長鑰摻雜的氧化鋅薄膜。
[0012]另外，本發(fā)明所提供的制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，還可以具有這樣的特征:其中，氧氣的流量為30~80sccm之間，氬氣流量控制為20sccm。
[0013]另外，本發(fā)明所提供的制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，還可以具有這樣的特征:其中，抽取真空步驟中抽真空所達(dá)到的真空度為2X KT4Pa以上。
[0014]另外，本發(fā)明所提供的制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，還可以具有這樣的特征:
[0015]其中，氬氣的工作氣壓為10-2~KT1Pa15
[0016]另外，本發(fā)明所提供的制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，還可以具有這樣的特征:其中，襯底可以選自石英、玻璃、晶體、塑料和硅片中的任意一種。
[0017]發(fā)明作用與效果
[0018]根據(jù)本發(fā)明的制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，由于采用了濺射法制備，因此所得到的氧化鋅薄膜吸附性好，不容易脫落。此外，由于控制了氧氣和氬氣流量的比例，并且摻入了 0.5-10%的重金屬鑰，因此得到的氧化鋅薄膜具有更好的非晶態(tài)和更好的透過率。另一方面，本發(fā)明的方法均在常溫下即可進(jìn)行，條件溫和，節(jié)省制造成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例一制得的氧化鋅薄膜的X射線衍射圖；
[0020]圖2是本發(fā)明 的實(shí)施例一制得的氧化鋅薄膜對(duì)紫外-可見波段波長的光的透過率。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】
[0022]對(duì)比實(shí)施例:
[0023]制備無摻雜的氧化鋅薄膜的實(shí)驗(yàn)步驟:
[0024]一、基底清洗:依次使用丙酮、無水乙醇、去離子水清洗玻璃基底后放入磁控濺射室樣品架上后，基底預(yù)沉淀面朝下放置，避免雜質(zhì)污染。
[0025]二、抽取高真空:將濺射室真空度抽至2Χ 10_4Pa，以獲得高潔凈度真空。
[0026]三、鋅靶與基底平行放置，兩者間距為80mm。
[0027]四、調(diào)節(jié)濺射氣氛:分別以氧氣和氬氣作為反應(yīng)氣體和濺射氣體，氧氣純度為99.99%，氬氣純度為99.99%，經(jīng)流量計(jì)控制輸入真空反應(yīng)濺射室，氧氣流量控制在60sccm,気氣流量控制為20sccm,気氣工作氣壓:lCT2Pa。
[0028]五、反應(yīng)磁控濺射生長:使用60W的濺射功率，在0.8pa、室溫條件下，先對(duì)靶預(yù)濺射5min，達(dá)到清洗靶的目的，然后進(jìn)行反應(yīng)濺射生長鑰摻雜的氧化鋅薄膜。
[0029]實(shí)施例一:
[0030]制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜，其步驟為:
[0031]一、基底清洗:依次使用丙酮、無水乙醇、去離子水清洗玻璃基底后放入磁控濺射室樣品架上后，基底預(yù)沉淀面朝下放置，避免雜質(zhì)污染。
[0032]二、調(diào)節(jié)金屬及摻雜量:取鑰絲固定在鋅靶上，鑰絲固定方式呈對(duì)稱的圓心輻射狀。鑰摻雜量控制在3.5 %，該摻雜量可由鑰絲所占鋅靶面積以及兩者在相同濺射條件下不同產(chǎn)額來確定，具體方法摻雜量控制方法可通過查閱作者為田民波的《薄膜技術(shù)與薄膜材料》手冊(cè)得到。鋅靶與基底平行放置，兩者間距為80mm。
[0033]三、抽取高真空:將濺射室真空度抽至2X 10_4Pa，以獲得高潔凈度真空。
[0034]四、調(diào)節(jié)濺射氣氛:分別以氧氣和氬氣作為反應(yīng)氣體和濺射氣體，氧氣純度為99.99%，氬氣純度為99.99%，經(jīng)流量計(jì)控制輸入真空反應(yīng)濺射室，氧氣流量控制在60sccm,気氣流量控制為20sccm,気氣工作氣壓:10_2Pa。
[0035]五、反應(yīng)磁控濺射生長:使用60W的濺射功率，在0.8pa、室溫條件下，先對(duì)靶預(yù)濺射5min，達(dá)到清洗靶的目的，然后進(jìn)行反應(yīng)濺射生長鑰摻雜的氧化鋅薄膜。
[0036]實(shí)驗(yàn)結(jié)果:如圖1所示，圖1中的X射線衍射圖顯示鑰摻雜的氧化鋅薄膜的非晶態(tài)較未摻雜的氧化鋅薄膜更佳。如圖2所示，透明度與對(duì)照組氧化鋅相比在可見光波段(400-800nm)透過率提高,顯示性能改善。
[0037]實(shí)施例作用與效果
[0038]根據(jù)實(shí)施例一，由于采用了濺射法制備，因此所得到的氧化鋅薄膜吸附性好，不容易脫落。此外，由于控制了氧氣和氬氣流量的比例，并且摻入了 3.5%的重金屬鑰，因此得到的氧化鋅薄膜具有更好的非晶態(tài)和更好的透過率。另一方面，本發(fā)明的方法均在常溫下即可進(jìn)行，無需消耗額外的能源控制溫度條件，可以節(jié)省制造成本。
[0039]當(dāng)然，實(shí)施例1中所記載的方案僅為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案。在實(shí)施過程中，基底除了采用玻璃以外，還可以為:石英、晶體、塑料或硅片。真空度在2X10_4Pa以上即可。鑰絲的純度在99.95%以上。工作氣體的壓力在KT2-KT1之間。實(shí)施例1中的優(yōu)選方案采用的是氧氣流量控制在60SCCm，氬氣流量控制為20SCCm，比值為3:1，實(shí)際上氧氣的量可在30-80sccm范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，即氧氣流量與氬氣流量的比值控制在3:2至4:1之間。氬氣的工作氣壓可在10_2~KT1Pa之間進(jìn)行選擇。氬氣的純度在99.95%以上即可。
【權(quán)利要求】
1.一種制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟: 襯底清洗:依次使用丙酮、無水乙醇、去離子水清洗襯底后放入磁控濺射室樣品架上；設(shè)置重金屬摻雜:取鑰絲固定在鋅靶上，鑰絲分布形狀為圓心輻射狀，鑰摻雜量控制在0.5-10%范圍內(nèi)； 抽取真空:將所述磁控濺射室抽真空； 調(diào)節(jié)濺射氣氛:分別以氧氣和氬氣作為反應(yīng)氣體和濺射氣體輸入所述磁控濺射室，氧氣純度為99.99%，氬氣純度在99.95%以上，氧氣流量與氬氣流量的比值控制在3:2至4:1之間； 磁控濺射生長:使用60W的濺射功率，在0.8pa、室溫條件下，先對(duì)所述鋅靶預(yù)濺射5min，然后進(jìn)行反應(yīng)濺射生長鑰摻雜的氧化鋅薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，其特征在于: 其中，所述氧氣的流量為30~80SCCm之間，所述氬氣流量控制為20SCCm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，其特征在于: 其中，抽取真空步驟中抽真空所達(dá)到的真空度為2X KT4Pa以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，其特征在于: 其中，所述氬氣的 工作氣壓為10-2~KT1Pa15
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備非晶態(tài)透明氧化鋅薄膜的方法，其特征在于: 其中，所述襯底可以選自石英、玻璃、晶體、塑料和硅片中的任意一種。
【文檔編號(hào)】C23C14/35GK104004990SQ201410242295
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】王咸海, 洪瑞金, 脫文剛, 張大偉, 陶春先 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)