專利名稱：一種金屬摻雜氧化鋅基薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜的制備方法，特別是涉及一種金屬摻雜氧化鋅基薄膜的制備 方法。
背景技術(shù)：
在目前的透明電極中，使用最廣泛的是摻雜氧化銦薄膜，但是它存在著銦擴(kuò)散的 問題，會極大的影響器件的性能，尤其是會造成薄膜太陽能電池性能衰減，因此，人們通過 增加阻擋層來降低銦擴(kuò)散、提高器件性能，但是這樣一來，制備工藝就變得非常復(fù)雜，另外， 銦又是一種稀有金屬，這使得使用透明電極的成本非常高。而使用氧化鋅作為透明電極則會大大降低成本。由于氧化鋅(aio)薄膜中存在本 征施主缺陷，如間隙鋅原子、氧空位等，使得氧化鋅(aio)薄膜天然呈弱型導(dǎo)電。因此氧化 鋅薄膜的電阻率一般較高，在10-2Ω · cm數(shù)量級。但通過調(diào)整生長、摻雜或退火條件等均 可使導(dǎo)電性能大幅提高。目前，在氧化鋅基摻雜金屬的工藝和方法中存在的主要問題是摻 雜金屬的含量難于精確控制和工藝重復(fù)性差、成本較高等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要解決目前金屬摻雜氧化鋅基薄膜中的不足而提出的一種有 效方法，適用于透明導(dǎo)電薄膜的研究，其工藝成本低、重復(fù)性好、可控性強(qiáng)。本發(fā)明提供一種金屬摻雜氧化鋅基薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步 驟1)基片清洗后，放入磁控濺射裝置室中，其反應(yīng)室內(nèi)抽至高真空；2)采用高純度金屬純度高于99. 96%作為摻雜物靶材、高純度氧化鋅純度高于 99. 96%為原料靶材，實(shí)現(xiàn)共濺射鍍膜；3)以氬氣和高純氧氣混合氣體作為濺射氣體和反應(yīng)氣體，氬氣和氧氣的流量比為 3 1 1 1 ；4)在壓強(qiáng)0. 5 2帕斯卡、溫度50-100度的低溫條件下，進(jìn)行濺射生長金屬摻雜
氧化鋅基薄膜；5)；氧化鋅中金屬的摻雜量可以通過濺射時(shí)的濺射功率來控制，金屬靶與氧化鋅 靶的濺射功率比為1 1 1 1.6，氧化鋅的濺射功率為50瓦6)制備完畢的薄膜在真空環(huán)境下退火處理，降至室溫取出樣品。所述的金屬為銅、或銀、或鈀。所述的退火處理的真空度小于IX 10-3帕斯卡，退火溫度為600 800度，退火時(shí) 間為10 25分鐘。所述的襯底為硅片、或石英玻璃、或玻璃。


圖1磁控濺射裝置中金屬靶材與氧化鋅靶材共濺射的示意圖；圖2實(shí)施例1銅摻雜氧化鋅薄膜的典型形貌圖；圖3實(shí)施例1銅摻雜氧化鋅薄膜的EDX能譜；圖4實(shí)施例1銅摻雜氧化鋅薄膜的光學(xué)透射圖譜。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 制備銅摻雜氧化鋅(Sl0)薄膜，其步驟為1)硅片清洗后，放入磁控濺射裝置室中，其反應(yīng)室內(nèi)抽至高真空為3X10—4帕斯 卡。2)采用純度為99. 99%的金屬銅作為摻雜靶材、純度為99. 96%的氧化鋅為原料 靶材，可以共濺射。3)以氬氣和高純氧氣混合氣體作為濺射氣體和反應(yīng)氣體，氬氣和氧氣的流量比為
1 1，氬氣流量為30sccm。4)在壓強(qiáng)0. 5帕斯卡、溫度50度的低溫條件下，進(jìn)行濺射生長金屬銅摻雜氧化鋅
基薄膜。5)金屬靶與氧化鋅靶的濺射功率為1 1，氧化鋅的濺射功率為50瓦。6)制備完畢的薄膜在真空度小于1 X 10-3帕斯卡，600度、退火20分鐘后，降至室 溫取出樣品。從圖2銅摻雜氧化鋅薄膜的典型形貌圖，可看到其表面均勻、致密、平整；從圖3銅摻雜氧化鋅薄膜的EDX能譜，可看到EDX檢測Cu含量占0. 84%，霍爾效 應(yīng)測得薄膜電阻率為1.2X10-3 Ω · cm、面電阻率為117. 6Q/sq;從圖4銅摻雜氧化鋅薄膜的光學(xué)透射圖譜，可看到薄膜在可見光區(qū)的透射率大 95%以上，在390nm波長處出現(xiàn)強(qiáng)烈的紫外吸收峰)。圖中曲線對應(yīng)Cu摻雜氧化鋅制備的薄膜。實(shí)施例2 制備鈀摻雜氧化鋅薄膜，其步驟為1)石英片清洗后，放入磁控濺射裝置室中，其反應(yīng)室內(nèi)抽至高真空為3X10—4帕斯 卡。2)采用純度為99. 98%的金屬鈀作為摻雜靶材、純度為99. 96%的氧化鋅為原料 靶材，分別放置在相應(yīng)的靶材基座上。3)以氬氣和高純氧氣混合氣體作為濺射氣體和反應(yīng)氣體，氬氣和氧氣的流量比為
2 1，氬氣流量為20sccm。4)在壓強(qiáng)0. 8帕斯卡、溫度100度的低溫條件下，進(jìn)行濺射生長金屬鈀摻雜氧化鋅
基薄膜。5)金屬鈀靶與氧化鋅靶的濺射功率為1 1. 6，氧化鋅的濺射功率為50瓦。6)制備完畢的薄膜在真空度小于1 X 10-3帕斯卡，800度、退火25分鐘后，降至室 溫取出樣品。
實(shí)施例3制備銀摻雜氧化鋅薄膜，其步驟為1)玻璃片清洗后，放入磁控濺射裝置室中，其反應(yīng)室內(nèi)抽至高真空為3X10_4帕斯 卡。2)采用純度為99. 99%的金屬Ag作為摻雜靶材、純度為99. 96%的氧化鋅為原料 靶材，分別放置在相應(yīng)的靶材基座上。3)以氬氣和高純氧氣混合氣體作為濺射氣體和反應(yīng)氣體，氬氣和氧氣的流量比為 3 1，氬氣流量為20sccm。4)在壓強(qiáng)2帕斯卡、溫度80度的低溫條件下，進(jìn)行濺射生長金屬銀摻雜氧化鋅基薄膜。5)金屬銀靶與氧化鋅靶的濺射功率為1 1. 2，氧化鋅的濺射功率為50瓦。6)制備完畢的薄膜在真空度小于IX 10-3帕斯卡，650度、退火10分鐘后，降至室 溫取出樣品。
權(quán)利要求
1.一種金屬摻雜氧化鋅基薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟1)基片清洗后，放入磁控濺射裝置室中，其反應(yīng)室內(nèi)抽至高真空；2)采用高純度金屬純度高于99.96%作為摻雜物靶材、高純度氧化鋅純度高于 99. 96%為原料靶材，實(shí)現(xiàn)共濺射鍍膜；3)以氬氣和高純氧氣混合氣體作為濺射氣體和反應(yīng)氣體，氬氣和氧氣的流量比為 3 1 1 1 ；4)在壓強(qiáng)0.5 2帕斯卡、溫度50-100度的低溫條件下，進(jìn)行濺射生長金屬摻雜氧化鋅基薄膜；5)；氧化鋅中金屬的摻雜量可以通過濺射時(shí)的濺射功率來控制，金屬靶與氧化鋅靶的 濺射功率比為1 1 1 1.6，氧化鋅的濺射功率為50瓦6)制備完畢的薄膜在真空環(huán)境下退火處理，降至室溫取出樣品。
2.如權(quán)利要求1所述的一種金屬摻雜氧化鋅基薄膜的制備方法，所述的金屬為銅、或 銀、或鈀。
3.如權(quán)利要求1所述的一種金屬摻雜氧化鋅基薄膜的制備方法，其特征在于，所述的 退火處理的真空度小于1 X 10-3帕斯卡，退火溫度為600 800度，退火時(shí)間為10 25分鐘。
4.如權(quán)利要求1所述的一種金屬摻雜氧化鋅基薄膜的制備方法，其特征在于，所述的 襯底為硅片、或石英玻璃、或玻璃。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料制備領(lǐng)域，具體地是一種金屬摻雜氧化鋅基薄膜的制備方法，其特征在于步驟如下基片清洗后，放入磁控濺射裝置室中，其反應(yīng)室內(nèi)抽至超高真空，采用高純度金屬作和高純度氧化鋅為原料靶材，實(shí)現(xiàn)兩種靶材的共濺射鍍膜；以氬氣和高純氧氣按一定比例混合的氣體作為濺射氣體和反應(yīng)氣體，經(jīng)流量計(jì)控制流量輸入反應(yīng)室中，進(jìn)行濺射生長；制備完畢的薄膜在真空環(huán)境下退火處理。該方法簡化了氧化鋅均勻摻雜的工藝過程，縮短了研發(fā)成本，并且該工藝過程穩(wěn)定可靠，有益于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化的生產(chǎn)。
文檔編號C23C14/35GK102071402SQ20101058434
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月11日
發(fā)明者姜來新, 毛啟明, 牟海川 申請人:上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司