專(zhuān)利名稱(chēng)：多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜制備方法及其制備的薄膜和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法及其制備的薄膜和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
透明導(dǎo)電薄膜是把光學(xué)透明性能與導(dǎo)電性能復(fù)合在一體的光電材料，由于其具有優(yōu)異的光電特性，成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)和前沿課題。雖然氧化銦錫ITOandium-Tin Oxide)薄膜是目前綜合光電性能優(yōu)異、應(yīng)用最為廣泛的一種透明導(dǎo)電薄膜材料，但由于銦有毒，價(jià)格昂貴，穩(wěn)定性差，存在銦擴(kuò)散導(dǎo)致器件性能衰減等問(wèn)題，促使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，摻鋁氧化鋅(Al-doped SiO，簡(jiǎn)稱(chēng)AZO薄膜) 以及摻銻氧化錫(Sb-CbpedSnO2，簡(jiǎn)稱(chēng)ATO薄膜)具有與ITO相比擬的電學(xué)和光學(xué)性能等特點(diǎn)，同時(shí)其材料廉價(jià)，無(wú)毒，已成為最具競(jìng)爭(zhēng)力的透明導(dǎo)電薄膜材料。但AZO薄膜存在表面和晶粒間界氧吸附導(dǎo)致電學(xué)性能下降的問(wèn)題，而ATO在這方面正好可以彌補(bǔ)AZO的缺點(diǎn)。但研究表明，ATO又存在電阻過(guò)高，難以刻蝕的等問(wèn)題。二者的這些缺點(diǎn)，限制了它們的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法及其制備的薄膜和應(yīng)用，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中透明導(dǎo)電薄膜電學(xué)性能不穩(wěn)定以及電阻高的問(wèn)題。本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，第一方面提供一種多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其包括如下步驟AZO靶材的制備，將Al2O3和ZnO粉體混合，燒結(jié)作為靶材，所述Al2O3與ZnO的摩爾量比為1/90 1/50 ；ATO靶材的制備，將SID2O3和SnA粉體混合，燒結(jié)作為靶材，所述SID2O3與SnA的摩爾量比為1/7 1/5 ；薄膜的沉積，將所述AZO靶材和ATO靶材裝入磁控濺射腔體內(nèi)，抽真空，設(shè)置襯底溫度為500°C 800°C，并在襯底上加載負(fù)偏壓，惰性氣體流量為15SCCm 2kccm，壓強(qiáng)為0. 2Pa 1. 6Pa，AZO靶位和ATO靶位的濺射功率為60W 160W，沉積時(shí)間為40min 240min。本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供上述多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法獲得的透明導(dǎo)電薄膜。本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供采用上述多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法獲得的透明導(dǎo)電薄膜在半導(dǎo)體光電器件中的應(yīng)用。本發(fā)明實(shí)施例以AZO和ATO為靶材，采用磁控濺射法，同時(shí)在襯底上加載負(fù)偏壓， 生長(zhǎng)多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜。此方法具有沉積速率高、襯底溫度相對(duì)較低、薄膜附著性好、 易控制并能實(shí)現(xiàn)大面積沉積等優(yōu)點(diǎn)，此外，在襯底上加載負(fù)偏壓能夠吸引等離子體中的陽(yáng)離子不斷轟擊襯底，減少襯底上能量較低的靶材分子，增加有利于導(dǎo)電性提高的氧空位，實(shí)現(xiàn)多元復(fù)合的透明導(dǎo)電薄膜性能的提高。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法的流程圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1 5的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的在紫外-可見(jiàn)光下的透光率；圖3是本發(fā)明實(shí)施例1 5的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的電阻率與加載于襯底上的負(fù)偏壓的變化曲線圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例3的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的電阻變化率與溫度的變化關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，第一方面提供一種多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，請(qǐng)參閱圖1，其包括如下步驟SOl =AZO靶材的制備，將Al2O3和ZnO粉體混合，燒結(jié)作為靶材，所述Al2O3與SiO 的摩爾量比為1/90 1/50 ；S02 =ATO靶材的制備，將Sb2O3和SnA粉體混合，燒結(jié)作為靶材，所述SId2O3與SnA 的摩爾量比為1/7 1/5;S03 薄膜的沉積，將所述AZO靶材和ATO靶材裝入磁控濺射腔體內(nèi)，抽真空，設(shè)置襯底溫度為500°C 800°C，并在襯底上加載負(fù)偏壓，惰性氣體流量為15SCCm 2kccm，壓強(qiáng)為0. 2Pa 1. 6Pa,AZ0靶位和ATO靶位的濺射功率為60W 160W，沉積時(shí)間為40min 240min。步驟SOl中，將Al2O3和ZnO粉體混合均勻，例如在1000°C 1200°C溫度下燒結(jié)， 得到AZO陶瓷靶材。在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，AZO靶材選用Al2O3和ZnO粉體的摩爾量比為1/60 ；步驟S02中，將Sb2O3和SnA粉體混合混合均勻，例如在1000°C 1200°C溫度下燒結(jié)，得到ATO陶瓷靶材。在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，ATO靶材選用Sb2O3和SnO2粉體的摩爾量比為3/17;步驟S03中，磁控濺射工作原理在高真空腔里，利用高壓電使氬氣電離。襯底接地，靶材接負(fù)高壓電，惰性氣體陽(yáng)離子在電場(chǎng)中加速后引向靶材，將靶表面的原子轟擊出來(lái)，并沿著一定的方向射向襯底，從而實(shí)現(xiàn)薄膜的沉積?；诖趴貫R射原理，在襯底上加載負(fù)偏壓，就會(huì)有一些惰性氣體陽(yáng)離子轟擊襯底，將結(jié)合力不強(qiáng)的材料打掉，減少襯底上能量較低靶材分子，剩下結(jié)合力強(qiáng)的沉積薄膜，當(dāng)靶材分子濺射至襯底后由于受陽(yáng)離子的轟擊而有足夠的能量結(jié)晶，從而提高了薄膜的結(jié)晶速度，因而薄膜的生長(zhǎng)速率增加；較高的生長(zhǎng)速率需要更多的氧氣來(lái)補(bǔ)充，若工作氣壓保持恒定，便會(huì)產(chǎn)生較多的氧空位，氧空位作為施主會(huì)產(chǎn)生自由載流子，從而使薄膜的電阻率下降，但當(dāng)負(fù)偏壓過(guò)高時(shí)，強(qiáng)烈的陽(yáng)離子轟擊會(huì)使引起淀積薄膜的厚度不勻均，薄膜的生長(zhǎng)速率隨負(fù)偏壓的增大反而降低，從而使膜的電阻率有所增大。優(yōu)選地，襯底負(fù)偏壓為IOV 80V，更優(yōu)選地，襯底的負(fù)偏壓為30V 60V。 襯底可以為石英襯底、藍(lán)寶石襯底等常用襯底。使用前用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水超聲洗滌，并用高純氮?dú)獯蹈?。?yōu)選地，襯底的溫度加熱到600°C 750°C，更優(yōu)選地，襯底加熱到溫度為650°C 700°C，此溫度有利于提高AZO和ATO復(fù)合薄膜的物理性能。靶材與襯底的距離優(yōu)選為50mm 90mm。襯底高溫加熱可以得到結(jié)晶更好的多元復(fù)合薄膜，同時(shí)也可以避免后續(xù)退火等處理步驟。而且，退火處理還會(huì)造成薄膜的分相。對(duì)于磁控濺射方法制備薄膜，為了得到晶粒大、結(jié)晶好的薄膜通常需要較大的濺射功率和較長(zhǎng)的生長(zhǎng)時(shí)間。但是對(duì)于多元體系，由于AZO和ATO結(jié)構(gòu)存在一定差異，其復(fù)合薄膜很容易出現(xiàn)缺陷，結(jié)晶質(zhì)量不好， 因此，需要選擇合適的工藝參數(shù)避免此類(lèi)問(wèn)題的產(chǎn)生尤為關(guān)鍵。通過(guò)調(diào)節(jié)AZO和ATO的濺射功率，改變沉積后薄膜的成分，能夠獲得性能優(yōu)異的透明導(dǎo)電材料。工藝參數(shù)的設(shè)置優(yōu)選為惰性氣體流量為15sccm 25sccm，壓強(qiáng)為0. 8Pa 1. 2Pa,AZ0靶位和ATO靶位的濺射功率為60W 160W，沉積時(shí)間為80min 160min。更優(yōu)選的，所述AZO靶材的濺射功率為 90W 110W，所述ATO靴材的溉射功率為IlOW 130W。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種上述多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法獲得的透明導(dǎo)電薄膜，透明導(dǎo)電薄膜的電阻率為2. OX 10_2Ω · cm 7. 3Χ10_4Ω · cm，其電阻率在250°C 以下的變化小于15%。以及采用所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法在制備半導(dǎo)體光電領(lǐng)域中的應(yīng)用，主要是在透明加熱元件、抗靜電、電磁波防護(hù)膜、太陽(yáng)能之透明電極的應(yīng)用。本發(fā)明實(shí)施例提供的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，采用的靶材是AZO和 ATO復(fù)合靶材，通過(guò)在襯底上加載負(fù)偏壓，使得透明導(dǎo)電薄膜的結(jié)晶質(zhì)量好、電阻率下降、導(dǎo)電性能穩(wěn)定。以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述實(shí)施例1 選用Al2O3 ZnO = 1 60 (摩爾比)粉體，以及 Sb2O3 SnO2 = 3 17(摩爾比)粉體，分別經(jīng)過(guò)均勻混合后，燒結(jié)成Φ60Χ2πιπι的兩個(gè)陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內(nèi)。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?放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設(shè)定為90mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到6. OX 10_4Pa，襯底溫度升到650°C，通入20sCCm的氬氣，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為1. OPa0開(kāi)始薄膜的沉積，其中AZO靶位的濺射功率設(shè)定為100W，ATO靶位的功率設(shè)定為120W，沉積時(shí)間為 120min。加載在襯底上的負(fù)偏壓為0V，作為對(duì)比。實(shí)施例2 選用Al2O3 ZnO = 1 60 (摩爾比)粉體，以及 Sb2O3 SnO2 = 3 17(摩爾比)粉體，分別經(jīng)過(guò)均勻混合后，燒結(jié)成兩個(gè)Φ60Χ2πιπι的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內(nèi)。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?放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設(shè)定為90mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到6. OX 10_4Pa，襯底溫度升到650°C，通入20sCCm的氬氣，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為1. OPa0開(kāi)始薄膜的沉積，其中AZO靶位的濺射功率設(shè)定為100W，ATO靶位的功率設(shè)定為120W，沉積時(shí)間為120min。加載在襯底上的負(fù)偏壓為20V。實(shí)施例3:選用Al2O3 ZnO = 1 60 (摩爾比)粉體，以及 Sb2O3 SnO2 = 3 17(摩爾比)粉體，分別經(jīng)過(guò)均勻混合后，燒結(jié)成兩個(gè)Φ60Χ2πιπι的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內(nèi)。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?放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設(shè)定為90mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到6. OX 10_4Pa，襯底溫度升到650°C，通入20sCCm的氬氣，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為1. OPa0開(kāi)始薄膜的沉積，其中AZO靶位的濺射功率設(shè)定為100W，ATO靶位的功率設(shè)定為120W，沉積時(shí)間為 120min。加載在襯底上的負(fù)偏壓為40V。實(shí)施例4 選用Al2O3 ZnO = 1 60 (摩爾比)粉體，以及 Sb2O3 SnO2 = 3 17(摩爾比)粉體，分別經(jīng)過(guò)均勻混合后，燒結(jié)成兩個(gè)Φ60Χ2πιπι的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內(nèi)。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?放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設(shè)定為90mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到6. OX 10_4Pa，襯底溫度升到650°C，通入20sCCm的氬氣，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為1. OPa0開(kāi)始薄膜的沉積，其中AZO靶位的濺射功率設(shè)定為100W，ATO靶位的功率設(shè)定為120W，沉積時(shí)間為 120min。加載在襯底上的負(fù)偏壓為60V。實(shí)施例5 選用Al2O3 ZnO = 1 60 (摩爾比)粉體，以及 Sb2O3 SnO2 = 3 17(摩爾比)粉體，分別經(jīng)過(guò)均勻混合后，燒結(jié)成兩個(gè)Φ60Χ2πιπι的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內(nèi)。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?放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設(shè)定為90mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到6. OX 10_4Pa，襯底溫度升到650°C，通入20sCCm的氬氣，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為1. OPa0開(kāi)始薄膜的沉積，其中AZO靶位的濺射功率設(shè)定為100W，ATO靶位的功率設(shè)定為120W，沉積時(shí)間為 120min。加載在襯底上的負(fù)偏壓為80V。實(shí)施例6 選用Al2O3 ZnO = 1 90 (摩爾比)粉體，以及 Sb2O3 SnO2 = 1 4(摩爾比)粉體，分別經(jīng)過(guò)均勻混合后，燒結(jié)成兩個(gè)Φ60Χ2πιπι的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內(nèi)。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?放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設(shè)定為90mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到6. OX 10_4Pa，襯底溫度升到650°C，通入20sCCm的氬氣，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為1. OPa0開(kāi)始薄膜的沉積，其中AZO靶位的濺射功率設(shè)定為100W，ATO靶位的功率設(shè)定為120W，沉積時(shí)間為 120min。加載在襯底上的負(fù)偏壓為40V。實(shí)施例7 選用Al2O3 ZnO = 1 100 (摩爾比)粉體，以及 Sb2O3 SnO2 = 1 9(摩爾比)粉體，分別經(jīng)過(guò)均勻混合后，燒結(jié)成兩個(gè)Φ60Χ2πιπι的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內(nèi)。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?放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設(shè)定為90mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到6. OX 10_4Pa，襯底溫度升到650°C，通入20sCCm的氬氣，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為1. OPa0開(kāi)始薄膜的沉積，其中AZO靶位的濺射功率設(shè)定為100W，ATO靶位的功率設(shè)定為120W，沉積時(shí)間為 120min。加載在襯底上的負(fù)偏壓為40V。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1 5制備的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的在紫外-可見(jiàn)光下的透光率。所有樣品在可見(jiàn)光區(qū)的平均透過(guò)率均大于85%。圖3是本發(fā)明實(shí)施例1 5制備的的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的電阻率與襯底加載不同負(fù)偏壓的變化曲線圖，從圖中可以得出，對(duì)襯底加載一定的負(fù)偏壓能夠使得薄膜的電阻率從2.0Χ10_2Ω · cm降低至7.3Χ10_4Ω · cm，即本發(fā)明實(shí)施例3得到的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜。而且，實(shí)施例3得到的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜穩(wěn)定性好，通過(guò)50°C 350°C加熱后電阻率的研究表明，當(dāng)加熱溫度低于250°C時(shí)，電阻率變化小于15% (見(jiàn)圖4)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 AZO靶材的制備將Al2O3和ZnO粉體混合，燒結(jié)作為靶材，所述Al2O3與SiO的摩爾量比為1/90 1/50 ；ATO靶材的制備將Sb2O3和SnA粉體混合，燒結(jié)作為靶材，所述Sb2O3與SnA的摩爾量比為1/7 1/5 ；薄膜的沉積將所述AZO靶材和ATO靶材裝入磁控濺射腔體內(nèi)，抽真空，設(shè)置襯底溫度為500°C 800°C，并在襯底上加載負(fù)偏壓，惰性氣體流量為15SCCm 2kccm，壓強(qiáng)為0. 2Pa 1. 6Pa，AZO靶位和ATO靶位的濺射功率為60W 160W，沉積時(shí)間為40min 240min。
2.如權(quán)利要求1所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述負(fù)偏壓為 IOV 80V。
3.如權(quán)利要求1或2所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述負(fù)偏壓為30V 60V。
4.如權(quán)利要求1所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述襯底溫度為 600°C 750°C。
5.如權(quán)利要求1所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述AZO靶材的濺射功率為90W 110W，所述ATO靶材的濺射功率為IlOW 130W。
6.如權(quán)利要求1所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述壓強(qiáng)為 0. 8Pa 1. 2Pa。
7.如權(quán)利要求1所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述濺射沉積生長(zhǎng)時(shí)間為80min 160min。
8.如權(quán)利要求1 7任一所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法獲得的透明導(dǎo)電薄膜。
9.如權(quán)利要求8所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于，所述透明導(dǎo)電薄膜的電阻率為2. 0Χ1(Γ2Ω · cm 7. 3Χ1(Γ4Ω · cm，所述電阻率在250°C以下的變化小于15%。
10.如權(quán)利要求8所述的多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜在半導(dǎo)體光電器件中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料制備領(lǐng)域，提供一種多元復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜的制備方法及其制備的薄膜和應(yīng)用，其方法包括如下步驟AZO靶材的制備，將Al2O3和ZnO粉體混合，燒結(jié)作為靶材，所述Al2O3與ZnO的摩爾量比為1/90～1/50；ATO靶材的制備，將Sb2O3和SnO2粉體混合，燒結(jié)作為靶材，所述Sb2O3與SnO2的摩爾量比為1/7～1/5；薄膜的沉積，將所述AZO靶材和ATO靶材裝入磁控濺射腔體內(nèi)，抽真空，設(shè)置襯底溫度為500℃～800℃，并在襯底上加載負(fù)偏壓，惰性氣體流量為15sccm～25sccm，壓強(qiáng)為0.2Pa～1.6Pa，AZO靶位和ATO靶位的濺射功率為60W～160W，沉積時(shí)間為40min～240min。
文檔編號(hào)C23C14/08GK102465273SQ201010544039
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者周明杰, 王平, 陳吉星, 黃輝 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司