專利名稱：ECR-PEMOCVD低溫沉積Ga、Al共同摻雜ZnO薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新材料沉積制備領(lǐng)域，特別涉及一種ECR-PEM0CVD低溫沉積Ga、Al共同摻雜ZnO薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前太陽(yáng)能電池、LED發(fā)光二極管、IXD平板顯示以及手機(jī)觸摸屏等導(dǎo)電電極的產(chǎn)業(yè)中，ITO (錫摻雜氧化銦)由于優(yōu)異的導(dǎo)電性以及良好的可見光透過率成為制作導(dǎo)電電極的必要不可缺少的材料。但是由于銦材料很稀有、價(jià)格很昂貴、有很大的劇毒性等很多因素，目前國(guó)際上一直在研究ITO材料的替代品，ZnO就是主要的一種代替材料。
透明導(dǎo)電薄膜的沉積制備方法與其薄膜的性能有很大的關(guān)聯(lián)。目前已經(jīng)提出有磁控濺射、激光脈沖濺射以及噴涂法等，但由于在該方法下制備的薄膜均勻性存在很大的問題而且摻雜成分難以控制等一系列問題，使其性能一直與實(shí)際的應(yīng)用相差一些，在替代ITO透明導(dǎo)電薄膜時(shí)達(dá)不到預(yù)期的效果。等離子體增強(qiáng)金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(ECR-PEM0CVD)是制備半導(dǎo)體薄膜最常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，是制備目前半導(dǎo)體材料最有效的實(shí)驗(yàn)方案。例如ZnO、GaN等使用最為廣泛的半導(dǎo)體材料。它以III族、II族元素的有機(jī)化合物和V、VI族元素的氫化物等作為晶體生長(zhǎng)源材料，以熱分解反應(yīng)方式在襯底上進(jìn)行有機(jī)物化學(xué)氣相外延，生長(zhǎng)各種II1-V族、I1-VI族化合物半導(dǎo)體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。ECR-PEM0CVD技術(shù)在科研和生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮著重要的作用。其技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)可控制薄膜的厚度，使其生長(zhǎng)極薄的薄膜；可實(shí)現(xiàn)多層薄膜疊加的結(jié)構(gòu)；可進(jìn)行多元混晶成分的精確控制；可以進(jìn)行化合物半導(dǎo)體材料的大規(guī)模生產(chǎn)；反應(yīng)氣源不采用鹵化物，反應(yīng)尾氣中不含有腐蝕性很強(qiáng)的物質(zhì)，在這種情況下，基片和反應(yīng)的空間部分不會(huì)發(fā)生腐蝕。當(dāng)前ECR-PEM0CVD技術(shù)以及相關(guān)設(shè)備，都沒有用于生產(chǎn)ZnO透明導(dǎo)電薄膜，因此如何利用ECR-PEM0CVD技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)出性能優(yōu)異的ZnO透明導(dǎo)電薄膜是我們所研究的難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)在技術(shù)上的不足，本發(fā)明采用ECR-PEM0CVD低溫沉積Ga、Al共同摻雜ZnO (GAZO)薄膜，本發(fā)明一種ECR-PEM0CVD低溫沉積Ga、Al共同摻雜ZnO薄膜的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行
(1)將基片用丙酮、乙醇以及去離子水用超聲波依次清洗后，用氮?dú)獯蹈伤腿敕磻?yīng)室；
(2)將反應(yīng)室抽真空至1.OX 10_3 Pa，將基片加熱至2(T600°C，向反應(yīng)室內(nèi)通入氬氣攜帶的二乙基鋅、氬氣攜帶的三甲基鎵、氬氣攜帶的三甲基鋁和氧氣，氧氣、二乙基鋅、三甲基鎵和三甲基鋁流量比為(10(Γ150):(Γ8) : (f 2) :1，由質(zhì)量流量計(jì)控制；控制氣體總壓強(qiáng)為O. 8 2. OPa ;在電子回旋共振頻率為650W，反應(yīng)30mirT3h，得到Ga、Al共同摻雜ZnO光電透明導(dǎo)電薄膜。
所述基片為普通康寧玻璃、藍(lán)寶石、石英、太陽(yáng)能電池片、硅片或有機(jī)聚合物。所述太陽(yáng)能電池片是未引入負(fù)電極的電池片或者是為引入負(fù)電極的薄膜太陽(yáng)能電池片。所述二乙基鋅Zn (CH2CH3)2、三甲基鎵(TMGa)和三甲基鋁(TMAl)反應(yīng)源的純度都為99. 99%，且由氬氣攜帶進(jìn)入反應(yīng)室。所述氧氣反應(yīng)源的純度為99. 99%。本發(fā)明利用可精確控制的低溫沉積的ECR-PEM0CVD技術(shù)，沉積制備出高質(zhì)量的摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問題，提出一系列的解決方案策略，對(duì)ZnO透明導(dǎo)電薄膜的產(chǎn)業(yè)化有很大的研究意義。本發(fā)明的鎵鋁共同的摻雜ZnO (GAZO的透明光電導(dǎo)電薄膜產(chǎn)品具有電阻率低，透光性能好、廉價(jià)、易于實(shí)現(xiàn)大面積生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化的優(yōu) 勢(shì)。


圖1為實(shí)施例1薄膜投射光譜的分析圖譜。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。本發(fā)明ECR-PEM0CVD系統(tǒng)為申請(qǐng)?zhí)枮?01210247144. 8的發(fā)明所保護(hù)的設(shè)備。本發(fā)明樣品的電學(xué)性能測(cè)試用霍爾測(cè)試設(shè)備，霍爾系統(tǒng)的型號(hào)是HL5500PC，量程為 O.1 Ohm/square-100 GOhm/square。投射譜分析所用設(shè)備的型號(hào)為=Ocean公司的MAYA2000PR0光纖光譜儀上完成的，光源為DH-2000-BAL，光譜范圍為190_1100nm。
實(shí)施例1
將普通康寧玻璃用丙酮、乙醇以及去離子水用超聲波依次清洗后，用氮?dú)獯蹈伤腿敕?br> 應(yīng)室；
將反應(yīng)室抽真空至1.0X10—3 Pa，將基片加熱至100°C，向反應(yīng)室內(nèi)通入氬氣攜帶的二乙基鋅、氬氣攜帶的三甲基鎵、氬氣攜帶的三甲基鋁和氧氣，氧氣、二乙基鋅、三甲基鎵和三甲基鋁反應(yīng)源流量比控制為100:4:2:1，由質(zhì)量流量計(jì)流量控制，流量參數(shù)分別為100sccm , 4sccm, 2sccm, lsccm ;控制氣體總壓強(qiáng)為1. 8Pa ;在電子回旋共振頻率為650W,反應(yīng)30min，得到Ga、Al共同摻雜ZnO光電透明導(dǎo)電薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后采用霍爾測(cè)試設(shè)備對(duì)薄膜的電阻率、遷移率和載流子濃度進(jìn)行了測(cè)試分析。其結(jié)果如表I所示，由表I可以看出Ga、Al共同摻ZnO與普通ZnO薄膜相比，其電阻率明顯降低，遷移率和載流子濃度明顯提高。對(duì)樣品薄膜進(jìn)行了投射光譜的分析，如圖1所示，其結(jié)果表明ECR-PEM0CVD系統(tǒng)低溫沉積Ga、Al共同摻雜ZnO (GAZO)透明導(dǎo)電薄膜其透光率可達(dá)80%以上。表I ECR-PEM0CVD系統(tǒng)低溫沉積Ga、Al共同摻雜ZnO與普通磁控濺射ZnO的電學(xué)性能對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種ECR-PEMOCVD低溫沉積Ga、Al共同摻雜ZnO薄膜的制備方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行 (1)將基片用丙酮、乙醇以及去離子水用超聲波依次清洗后，用氮?dú)獯蹈伤腿敕磻?yīng)室； (2)采用ECR-PEM0CVD系統(tǒng)，將反應(yīng)室抽真空至1.OX 1(T3 Pa，將基片加熱至2(T600°C，向反應(yīng)室內(nèi)通入氬氣攜帶的二乙基鋅、氬氣攜帶的三甲基鎵、氬氣攜帶的三甲基鋁和氧氣，氧氣、二乙基鋅、三甲基鎵和三甲基鋁流量比為(100 150) :(4 8) : (T2) :1，由質(zhì)量流量計(jì)控制；控制氣體總壓強(qiáng)為0. 8 2. OPa ;在電子回旋共振頻率為650W，反應(yīng)30mirT3h，得到Ga、Al共同摻雜ZnO光電透明導(dǎo)電薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種ECR-PEM0CVD低溫沉積Ga、Al共同摻雜ZnO薄膜的制備方法，其特征在于所述基片為普通康寧玻璃、藍(lán)寶石、石英、太陽(yáng)能電池片、硅片或有機(jī)聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種ECR-PEM0CVD低溫沉積Ga、Al共同摻雜ZnO薄膜的制備方法，其特征在于所述太陽(yáng)能電池片是未引入負(fù)電極的電池片或者是為引入負(fù)電極的薄膜太陽(yáng)能電池片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種ECR-PEM0CVD低溫沉積Ga、Al共同摻雜ZnO薄膜的制備方法，其特征在于所述二乙基鋅、三甲基鎵、和三甲基鋁反應(yīng)源的純度均為99. 99%，且由氬氣攜帶進(jìn)入反應(yīng)室。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種ECR-PEM0CVD低溫沉積Ga、Al共同摻雜ZnO薄膜的制備方法，其特征在于所述氧氣反應(yīng)源的純度為99. 99%。
全文摘要
一種ECR-PEMOCVD低溫沉積Ga、Al共同摻雜ZnO薄膜的制備方法，屬于新材料沉積制備領(lǐng)域。本發(fā)明按照以下步驟進(jìn)行(1)將基片用丙酮、乙醇以及去離子水用超聲波依次清洗后，用氮?dú)獯蹈伤腿敕磻?yīng)室；(2)將反應(yīng)室抽真空至1.0×10-3Pa，將基片加熱至20~600℃，向反應(yīng)室內(nèi)通入氬氣攜帶的二乙基鋅、氬氣攜帶的三甲基鎵、氬氣攜帶的三甲基鋁和氧氣，氧氣、二乙基鋅、三甲基鎵和三甲基鋁流量比為(100~150)(4~8):(1~2):1，由質(zhì)量流量計(jì)控制；控制氣體總壓強(qiáng)為0.8~2.0Pa；在電子回旋共振頻率為650W，反應(yīng)30min~3h,得到Ga、Al共同摻雜ZnO光電透明導(dǎo)電薄膜。本發(fā)明的鎵鋁共同的摻雜ZnO的透明光電導(dǎo)電薄膜產(chǎn)品具有電阻率低，透光性能好、廉價(jià)、易于實(shí)現(xiàn)大面積生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)C23C16/44GK103014655SQ20121057647
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者張東, 張鐵巖, 趙琰, 鄭洪 , 李顯材, 李雙美, 張曉慧, 趙丹 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工程學(xué)院