專利名稱：H摻fzo透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及FZO透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法，尤其是H摻FZO透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
透明導(dǎo)電薄膜作為電極材料，在等離子顯示器(PDP)、液晶顯示器(IXD)、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)等高質(zhì)量平板顯示器，光伏電池等光電薄膜器件中有著廣泛的應(yīng)用。此外透明導(dǎo)電薄膜也可應(yīng)用于氣敏元件、低輻射鍍膜玻璃、紅外輻射反射鏡、防冰除霜功能玻璃等。目前市場(chǎng)上應(yīng)用的透明導(dǎo)電薄膜主要是ITO(In2O3 = Sn)和FTO(SnO2 = F)，但是它們中都要用到貴金屬Indn是種稀缺資源，導(dǎo)致這兩種透明導(dǎo)電薄膜的生產(chǎn)成本較大。因此， 找到一種可以替代它們的高性能透明導(dǎo)電薄膜顯得極為必要。ZnO是一種寬帶隙(3.3 eV) 化合物半導(dǎo)體材料，具有資源豐富，無(wú)毒，價(jià)格便宜，熱循環(huán)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是新一代透明導(dǎo)電材料，很有可能成為ITO的替代品。摻雜的ZnO具有良好的光電性能，但這種單層膜形式的透明導(dǎo)電薄膜，其膜電阻較大，輻射率較高，而且在近紅外波段反射低、吸收明顯，這些缺點(diǎn)限制了在光電器件上的應(yīng)用。比如以ITO作為平板顯示器的透明電極時(shí)，其電學(xué)性能限制了顯示器的分辨率，且使顯示器的反應(yīng)時(shí)間、消耗功率難以下降。為了進(jìn)一步提高透明導(dǎo)電薄膜的光電性能，有研究者提出了在SiO中摻雜H。H的摻入使ZnO薄膜的電學(xué)性能有了明顯提高，一方面原因可能是H作為淺施主存在于ZnO中， 提高了載流子濃度；另一方面H鈍化了薄膜表面和界面處的缺陷等，導(dǎo)致表面吸附氧化物的減少，晶界間勢(shì)壘高度減小，使遷移率增加。這對(duì)研究如何提高ZnO基透明導(dǎo)電薄膜很有指導(dǎo)意義。由此我們?cè)O(shè)計(jì)在FZO中摻H來(lái)提高其光電性能。運(yùn)用磁控濺射沉積法，通過(guò)控制氬氫比，濺射功率，沉積溫度和時(shí)間等生長(zhǎng)條件，對(duì)薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、光電性能和穩(wěn)定性進(jìn)行研究，以期得到綜合性能優(yōu)良的透明導(dǎo)電薄膜。磁控濺射沉積法是利用射頻(rf)和直流(dc)電源在Ar或Ar-A混合氣體產(chǎn)生等離子體，對(duì)陶瓷靶或金屬靶進(jìn)行轟擊，通過(guò)控制分壓、襯底溫度、靶功率等工藝參數(shù)，在各種襯底上生長(zhǎng)重復(fù)性好、均勻的大面積薄膜。由于濺射離子到達(dá)襯底時(shí)能量比較大，使膜層和襯底的附著力增強(qiáng)。目前，磁控濺射沉積法是制備aio基透明導(dǎo)電薄膜重要手段之一，由于其能生長(zhǎng)大面積薄膜，所以比較適合工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是制備具有優(yōu)良光電性能的H摻FZO透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
H摻FZO透明導(dǎo)電薄膜，其特征是襯底上具有一層H摻FZO薄膜層。制備權(quán)利要求1所述的H摻FZO透明導(dǎo)電薄膜的方法，其特征是包括以下步驟 1)把摻氟氧化鋅靶安裝到射頻靶頭上，摻氟氧化鋅靶中氟化鋅的摩爾百分含量是1%—
4%，把經(jīng)清洗的襯底放到襯底架上，靶材與襯底之間的距離為6、cm，生長(zhǎng)室真空度抽到 LOXlO-3Pa,以氬氣為保護(hù)氣氛，氫氣體積分?jǐn)?shù)是0—洲，調(diào)節(jié)生長(zhǎng)室壓強(qiáng)0. 1-2. OPa,射頻濺射摻氟氧化鋅靶，在襯底上沉積H摻FZO薄膜層，濺射功率在50— 250W，溫度為20—
3450 0C ；
所述襯底為硅、藍(lán)寶石、玻璃、石英或柔性襯底。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
本發(fā)明通過(guò)控制沉積溫度、F含量、氫氣的體積分?jǐn)?shù)和沉積時(shí)間，可以制備不同摻雜濃度的H摻FZO透明導(dǎo)電薄膜，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)摻雜，在FZO薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)H摻雜； 摻雜濃度可以通過(guò)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)溫度和氫氣的體積分?jǐn)?shù)來(lái)控制；制備的H摻FZO透明導(dǎo)電薄膜具有良好的光電性能，同時(shí)重復(fù)性和穩(wěn)定性較好；制備本發(fā)明提及的H摻FZO透明導(dǎo)電薄膜所使用設(shè)備是磁控濺射，可控性強(qiáng)，適于沉積均勻的大面積薄膜。


附圖1是本發(fā)明方法采用的磁控濺射沉積裝置示意圖，圖中1為Ar氣進(jìn)氣管路；2 為H2進(jìn)氣管路；3流量計(jì)；4為緩沖室；5為自動(dòng)壓強(qiáng)控制儀；6為真空計(jì)；7為真空泵；8為進(jìn)氣管；9為冷卻水；10為S槍；11為漏氣閥；12為觀察鏡；13為擋板；14襯底加熱器； 附圖2是H摻FZO透明導(dǎo)電薄膜的χ射線衍射(XRD)圖譜。附圖3是H摻FZO透明導(dǎo)電薄膜的光學(xué)透射譜。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明 實(shí)施例1
把摻氟氧化鋅靶安裝到射頻靶頭上，摻氟氧化鋅靶中氟化鋅的摩爾百分含量是洲， 把經(jīng)清洗的玻璃襯底放到襯底架上，靶材與襯底之間的距離為7 cm，生長(zhǎng)室真空度抽到 LOXlO-3Pa,以氬氣為保護(hù)氣氛，氫氣的體積分?jǐn)?shù)是0. 4%，調(diào)節(jié)生長(zhǎng)室壓強(qiáng)0. 65Pa，射頻濺射摻氟氧化鋅靶，濺射功率在100W，溫度為25°C，生長(zhǎng)時(shí)間為45min，得到H摻FZO晶體薄膜；
制備得到的H摻FZO透明導(dǎo)電薄膜的χ射線衍射(XRD)圖譜見(jiàn)圖2 ；光學(xué)透射譜見(jiàn)圖3，可得到良好的電學(xué)性能和光學(xué)性能電阻率為9. 3X10—3 Ω ·_，電子遷移率為8.0 emu—1，載流子濃度為4. 33 X IO19 cnT3，可見(jiàn)光平均透射率超過(guò)85%。實(shí)施例2
把摻氟氧化鋅靶安裝到射頻靶頭上，摻氟氧化鋅靶中氟化鋅的摩爾百分含量是3%， 把經(jīng)清洗的玻璃襯底放到襯底架上，靶材與襯底之間的距離為7 cm，生長(zhǎng)室真空度抽到 LOXlO-3Pa,以氬氣為保護(hù)氣氛，氫氣的體積分?jǐn)?shù)是0. 6%，調(diào)節(jié)生長(zhǎng)室壓強(qiáng)0. 65Pa，射頻濺射摻氟氧化鋅靶，濺射功率在100W，溫度為250°C，生長(zhǎng)時(shí)間為45min，得到H摻FZO晶體薄膜；
制備得到的H摻FZO透明導(dǎo)電薄膜具有良好的電學(xué)性能和光學(xué)性能電阻率為 7. 2X IO"3 Ω ·ο ，電子遷移率為8. 7 cmH—1，載流子濃度為5. 02X IO19 cm_3，可見(jiàn)光平均透射率超過(guò)85%。上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳的實(shí)施方式，除此之外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)現(xiàn)方式。需要說(shuō)明的是，在沒(méi)有脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，任何顯而易見(jiàn)的改進(jìn)和修飾均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.H摻FZO透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于具有一襯底，襯底上具有一層H摻FZO薄膜層。
2.制備權(quán)利要求1所述的H摻FZO透明導(dǎo)電薄膜的方法，其特征在于包括以下步驟 把摻氟氧化鋅靶安裝到射頻靶頭上，摻氟氧化鋅靶中氟化鋅的摩爾百分含量是1%—4%，把經(jīng)清洗的襯底放到襯底架上，靶材與襯底之間的距離為6、cm，生長(zhǎng)室真空度抽到 1.0\10_節(jié) 以氬氣為保護(hù)氣氛，氫氣體積分?jǐn)?shù)是0. 1— 2%，調(diào)節(jié)生長(zhǎng)室壓強(qiáng)0. 1-2. OPaJt 頻濺射摻氟氧化鋅靶，在襯底上沉積H摻FZO薄膜層，濺射功率在50— 250W，溫度為20— 450 "C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的H摻FZO透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于所述襯底為硅、藍(lán)寶石、玻璃、石英或柔性襯底。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種H摻FZO透明導(dǎo)電薄膜及其制備方法，在襯底上生長(zhǎng)一層H摻FZO薄膜層。其制備是采用射頻磁控濺射法。本發(fā)明方法所用設(shè)備簡(jiǎn)單，可控性強(qiáng)，制備出來(lái)的薄膜光學(xué)性能和電學(xué)性能優(yōu)良，重復(fù)性好。
文檔編號(hào)C23C14/08GK102426876SQ20111036671
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者朱麗萍 申請(qǐng)人:安徽康藍(lán)光電股份有限公司