一種制備fto透明導(dǎo)電薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種制備FTO透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，采用等靜壓固相反應(yīng)合成工藝制備FTO即SnO2-0.5xFx(0.04≤x≤0.3)靶材，利用磁控濺射沉積技術(shù)，使用Ar和O2作為濺射氣體，沉積得到厚度為200～700nm的FTO透明導(dǎo)電薄膜。本發(fā)明顯著降低了薄膜的電阻率，提高了薄膜中的載流子濃度，可大面積規(guī)?；a(chǎn)，工藝簡(jiǎn)單，成本低，所制薄膜表面平整，結(jié)晶致密，顆粒大小均勻，具有低電阻率、高透明性、重復(fù)性和穩(wěn)定性；薄膜的透過(guò)率≥80％，電阻率<5.0×10-3Ω·cm。
【專利說(shuō)明】一種制備FTO透明導(dǎo)電薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于電子信息材料與元器件的，特別涉及一種以磁控濺射沉積法制備F摻雜的二氧化錫即FTO透明導(dǎo)電薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]透明導(dǎo)電氧化物(TCO)薄膜由于具有高的可見(jiàn)光透射率和低的電阻率，在抗靜電涂層、觸摸顯示屏、太陽(yáng)能電池、平板顯示、發(fā)熱器、防結(jié)冰裝置、光學(xué)涂層以及透明光電子等方面具有廣闊的發(fā)展前景，其中的代表性TCO薄膜是In2O3 = Sn(ITO)薄膜，具有良好的光電性能。相對(duì)于傳統(tǒng)的ITO薄膜而言，二氧化錫基薄膜在價(jià)格上是便宜、無(wú)毒的，并且在大氣環(huán)境中化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性都很好。純凈的二氧化錫薄膜光電性質(zhì)不甚理想，為了改良它的光學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)，F(xiàn)已經(jīng)被研究者作為雜質(zhì)摻進(jìn)二氧化錫中進(jìn)行了研究。二氧化錫薄膜的制備方法主要有:化學(xué)氣相沉積、脈沖激光沉積、噴霧熱解、溶膠-凝膠等技術(shù)。
[0003]脈沖激光沉積雖然能夠制備出高質(zhì)量的薄膜，但是不利于大規(guī)模生產(chǎn)；噴霧熱解和溶膠-凝膠屬于化學(xué)制備方法，薄膜質(zhì)量相對(duì)較低，也不利于規(guī)?；a(chǎn)?；瘜W(xué)氣相沉積雖然可以大規(guī)模生產(chǎn)，其缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜且昂貴，且所用的F源毒性較大。于是，尋找一種工藝簡(jiǎn)單、成本低的制備技術(shù)制備FTO薄膜，將更有利于推進(jìn)FTO薄膜的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，是為克服現(xiàn)有技術(shù)制備FTO薄膜存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種采用磁控濺射沉積法制備F摻雜二氧化錫透明導(dǎo)電薄膜的制備方法。
[0005]本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0006]一種制備FTO透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，具有如下步驟:
[0007](I)采用等靜壓固相反應(yīng)合成工藝制備FTO即F摻雜的二氧化錫的靶材
[0008]按Sn02_Q.5xFx，其中0.04≤x≤0.3對(duì)應(yīng)元素的化學(xué)計(jì)量比稱取SnO2和SnF2粉體，充分混合后，先預(yù)壓成型，然后采用冷等靜壓，最后置于電爐中于1000°c燒制成FTO的靶材；
[0009](2)將清潔干燥的襯底放入磁控濺射系統(tǒng)反應(yīng)室中；
[0010](3)將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空度抽至l.0XlOljr以下，然后加熱襯底至500 ~700。。；
[0011 ] (4)在步驟3系統(tǒng)中，使用Ar和O2作為濺射氣體，濺射功率為50~200W，氧氣和氬氣的分壓比在0.02~0.2，進(jìn)行沉積得到厚度為200~700nm的FTO透明導(dǎo)電薄膜。
[0012]所述步驟(1)的SnO2和SnF2原料的純度均在99.9%以上。[0013]所述步驟(1)的FTO靶材的燒制條件為:逐步升溫至200°C保溫10小時(shí)，然后再逐步升溫至1000°C保溫2小時(shí)。
[0014]所述步驟(2)的襯底為玻璃、石英或者Si襯底。
[0015]所述步驟⑷的Ar和O2的純度均在99.99%以上。[0016]所述步驟(4)的薄膜厚度通過(guò)調(diào)節(jié)制備工藝參數(shù)或沉積時(shí)間進(jìn)行控制，薄膜的電阻率通過(guò)調(diào)節(jié)靶材中的F的含量以及制備過(guò)程中的氧分壓來(lái)控制。
[0017]本發(fā)明的有益效果如下:
[0018](I)本發(fā)明磁控濺射法使F離子均勻摻雜于SnO2中，F(xiàn)的引入可以顯著降低薄膜的電阻率，提高薄膜中的載流子濃度，并獲得高質(zhì)量的薄膜，為光電子器件的應(yīng)用提供了優(yōu)良的材料基礎(chǔ)。
[0019](2)本發(fā)明的制備方法可大面積規(guī)?；a(chǎn)，工藝簡(jiǎn)單，成本低，所制得的F摻雜的SnO2透明導(dǎo)電薄膜表面平整，結(jié)晶致密，顆粒大小均勻，具有低電阻率、高透明性、重復(fù)性和穩(wěn)定性；薄膜的透過(guò)率≥80%，電阻率〈5.0X Kr3 Ω.cm。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為實(shí)施例1的SnO1.92F0.16薄膜的XRD圖譜；
[0021]圖2為實(shí)施例1的制備在石英玻璃襯底上的SnOu2Fai6薄膜的掃描電子顯微鏡照片;
[0022]圖3為實(shí)施例1的制備在石英玻璃襯底上的SnOu2Fai6薄膜的光學(xué)透過(guò)性能(紫外-可見(jiàn)光譜)圖譜。
【具體實(shí)施方式】 [0023]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]實(shí)施例1
[0025]以16%摩爾F摻雜SnO2。
[0026](I)采用標(biāo)準(zhǔn)的等靜壓固相反應(yīng)合成工藝制備SnOh92Fai6靶材:
[0027]用電子天平按SnOh92Fa 16的對(duì)應(yīng)元素的化學(xué)計(jì)量比稱取SnO2和SnF2粉體，純度均為99.9%，經(jīng)充分混合后，先預(yù)壓成型(50MPa)，然后采用冷等靜壓(200MPa)，最后置于電爐中逐步升溫至200°C保溫10小時(shí)，再逐步升溫至1000°C保溫2小時(shí)，制得SnO1.92F0.16靶材。
[0028](2)將石英玻璃襯底清洗，以N2吹干并放入磁控濺射制備室中。
[0029](3)將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空度抽至7.0X KT6Torr，然后加熱襯底至700°C。
[0030](4)以高純(99.99% )Ar和O2作為濺射氣體，氬氣和氧氣的流量比為30:1，濺射氣壓為IOmTorr,濺射功率為150W，進(jìn)行沉積得到厚度為200nm的F摻雜SnO2薄膜。
[0031]經(jīng)檢測(cè)得到圖1~3。
[0032]圖1為實(shí)施例1的F摻雜的SnO2薄膜的XRD圖譜，可見(jiàn)所得的薄膜結(jié)晶性良好。
[0033]圖2為實(shí)施例1的制備在石英玻璃襯底上的SnOu2Fai6薄膜掃描電子顯微鏡照片，可見(jiàn)所得到的SnOh92Fai6薄膜表面平整，顆粒均勻。
[0034]圖3為實(shí)施例1的制備在石英玻璃襯底上的SnOh92Fai6薄膜光學(xué)透過(guò)性能(紫外-可見(jiàn)光譜)圖譜，可見(jiàn)在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的平均光學(xué)透過(guò)率達(dá)85 %。
[0035]經(jīng)檢測(cè)所得的FTO透明導(dǎo)電薄膜的導(dǎo)電性能如表1所示，薄膜的電阻率低至
2.1Χ10-3Ω.cm，載流子濃度為1.36 X 102°cnT3，載流子遷移率為21.9cmW1。[0036]實(shí)施例2
[0037]以30 %摩爾F摻雜SnO2。
[0038](I)采用標(biāo)準(zhǔn)的等靜壓固相反應(yīng)合成工藝制備SnOh85Fa3靶材，用電子天平按SnOL92F0.16的對(duì)應(yīng)元素的化學(xué)計(jì)量比稱取SnO2和SnF2粉體，純度均為99.9%，經(jīng)充分混合后，先預(yù)壓成型(50MPa)，然后采用冷等靜壓(200MPa)，最后置于電爐中逐步升溫至200°C保溫10小時(shí)，再逐步升溫至1000°C保溫2小時(shí)，制得SnOh85Fa3靶材。
[0039](2)將石英玻璃襯底清洗，以N2吹干并放入磁控濺射制備室中。
[0040](3)將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空度抽至7.0 X 10_6Torr，然后加熱襯底至700°C。
[0041](4)以高純(99.99% )Ar和O2作為濺射氣體，氬氣和氧氣的流量比為30:1，濺射氣壓為IOmTorr,濺射功率為150W，進(jìn)行沉積得到厚度為200nm的F摻雜的SnO2薄膜。
[0042]經(jīng)檢測(cè)所得的FTO透明導(dǎo)電薄膜的導(dǎo)電性能如表1所示，薄膜的電阻率低至
3.9X 10_3Ω.cm，載流子濃度為0.89 X 102°cnT3，載流子遷移率為18.2cmW1。
[0043]實(shí)施例3
[0044]以4 %摩爾F摻雜SnO2。
[0045](I)采用標(biāo)準(zhǔn)的等靜壓固相反應(yīng)合成工藝制備SnOh98Faci4祀材，用電子天平按SnOL92F0.16的對(duì)應(yīng)元素的化學(xué)計(jì)量比稱取SnO2和SnF2粉體，純度均為99.9%。經(jīng)充分混合后，先預(yù)壓成型(50MPa)，然后采用冷等靜壓(200MPa)，最后置于電爐中逐步升溫至200°C保溫10小時(shí)，然后逐步升溫至1000°C保溫2小時(shí)，制得SnOh98Fatl4靶材。
[0046](2)將石英玻璃襯底清洗，以N2吹干并放入磁控濺射制備室中。
[0047](3)將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空度抽至7.0X 10_6Torr，然后加熱襯底至700°C。
[0048](4)以高純(99.99% )Ar和O2作為濺射氣體，氬氣和氧氣的流量比為30:1，濺射氣壓為IOmTorr,濺射功率為150W，進(jìn)行沉積得到厚度為700nm的F摻雜的SnO2薄膜。
[0049]經(jīng)檢測(cè)所得的FTO透明導(dǎo)電薄膜的導(dǎo)電性能如表1所示，薄膜的電阻率低至
4.9X 10_3Ω.cm，載流子濃度為0.56 X 102°cnT3，載流子遷移率為22.6cmW1。
[0050]表1
【權(quán)利要求】
1.一種制備FTO透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，具有如下步驟: (1)采用等靜壓固相反應(yīng)合成工藝制備FTO即F摻雜的二氧化錫的靶材 按Sn02_Q.5xFx，其中0.04≤X≤0.3對(duì)應(yīng)元素的化學(xué)計(jì)量比稱取SnO2和SnF2粉體，充分混合后，先預(yù)壓成型，然后采用冷等靜壓，最后置于電爐中于1000°C燒制成FTO的靶材； (2)將清潔干燥的襯底放入磁控濺射系統(tǒng)反應(yīng)室中； (3)將磁控濺射系統(tǒng)的本底真空度抽至1.0XKT5Torr以下，然后加熱襯底至500~700 V ； (4)在步驟3系統(tǒng)中，使用Ar和O2作為濺射氣體，濺射功率為50~200W，氧氣和氬氣的分壓比在0.02~0.2，進(jìn)行沉積得到厚度為200~700nm的FTO透明導(dǎo)電薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備FTO透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)的SnO2和SnF2原料的純度均在99.9%以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備FTO透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)的FTO靶材的燒制條件為:逐步升溫至200°C保溫10小時(shí)，然后再逐步升溫至1000°C保溫2小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備FTO透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)的襯底為玻璃、石英或者Si襯底。
5.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的一種制備FTO透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟⑷的Ar和O2的純度均在99.99%以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備FTO透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)的薄膜厚度通過(guò)調(diào)節(jié)制備工藝參數(shù)或沉積時(shí)間進(jìn)行控制，薄膜的電阻率通過(guò)調(diào)節(jié)靶材中的F的含量以及制備過(guò)程中的氧分壓來(lái)控制。
【文檔編號(hào)】C23C14/08GK103993281SQ201410238871
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】李玲霞, 于仕輝, 許丹, 董和磊, 金雨馨 申請(qǐng)人:天津大學(xué)