CN102426876A

CN102426876A - H掺fzo透明导电薄膜及其制备方法

Info

Publication number: CN102426876A
Application number: CN2011103667117A
Authority: CN
Inventors: 朱丽萍
Original assignee: ANHUI KANGLAN PHOTOELECTRIC Co Ltd
Current assignee: ANHUI KANGLAN PHOTOELECTRIC Co Ltd
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2012-04-25

Abstract

本发明公开了一种H掺FZO透明导电薄膜及其制备方法，在衬底上生长一层H掺FZO薄膜层。其制备是采用射频磁控溅射法。本发明方法所用设备简单，可控性强，制备出来的薄膜光学性能和电学性能优良，重复性好。

Description

H掺FZO透明导电薄膜及其制备方法

技术领域：

本发明涉及FZO透明导电薄膜及其制备方法，尤其是H掺FZO透明导电薄膜及其制备方法。

背景技术：

透明导电薄膜作为电极材料，在等离子显示器(PDP)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)等高质量平板显示器，光伏电池等光电薄膜器件中有着广泛的应用。此外透明导电薄膜也可应用于气敏元件、低辐射镀膜玻璃、红外辐射反射镜、防冰除霜功能玻璃等。

目前市场上应用的透明导电薄膜主要是ITO(In₂O₃:Sn)和FTO(SnO₂:F)，但是它们中都要用到贵金属In，In是种稀缺资源，导致这两种透明导电薄膜的生产成本较大。因此，找到一种可以替代它们的高性能透明导电薄膜显得极为必要。ZnO是一种宽带隙(3.3 eV)化合物半导体材料, 具有资源丰富，无毒，价格便宜,热循环稳定性好等优点，是新一代透明导电材料，很有可能成为ITO的替代品。掺杂的ZnO具有良好的光电性能，但这种单层膜形式的透明导电薄膜，其膜电阻较大，辐射率较高，而且在近红外波段反射低、吸收明显，这些缺点限制了在光电器件上的应用。比如以ITO作为平板显示器的透明电极时，其电学性能限制了显示器的分辨率，且使显示器的反应时间、消耗功率难以下降。

为了进一步提高透明导电薄膜的光电性能，有研究者提出了在ZnO中掺杂H。H的掺入使ZnO薄膜的电学性能有了明显提高，一方面原因可能是H作为浅施主存在于ZnO中，提高了载流子浓度；另一方面H钝化了薄膜表面和界面处的缺陷等，导致表面吸附氧化物的减少，晶界间势垒高度减小，使迁移率增加。这对研究如何提高ZnO基透明导电薄膜很有指导意义。由此我们设计在FZO中掺H来提高其光电性能。运用磁控溅射沉积法，通过控制氩氢比，溅射功率，沉积温度和时间等生长条件，对薄膜的晶体结构、光电性能和稳定性进行研究，以期得到综合性能优良的透明导电薄膜。

磁控溅射沉积法是利用射频（rf）和直流（dc）电源在Ar或Ar-O₂混合气体产生等离子体，对陶瓷靶或金属靶进行轰击，通过控制分压、衬底温度、靶功率等工艺参数，在各种衬底上生长重复性好、均匀的大面积薄膜。由于溅射离子到达衬底时能量比较大，使膜层和衬底的附着力增强。目前，磁控溅射沉积法是制备ZnO基透明导电薄膜重要手段之一，由于其能生长大面积薄膜，所以比较适合工业化生产。

发明内容：

本发明的目的是制备具有优良光电性能的H掺FZO透明导电薄膜及其制备方法。

本发明采用的技术方案为：

H掺FZO透明导电薄膜，其特征是衬底上具有一层H掺FZO薄膜层。

制备权利要求1所述的H掺FZO透明导电薄膜的方法，其特征是包括以下步骤：

1）把掺氟氧化锌靶安装到射频靶头上，掺氟氧化锌靶中氟化锌的摩尔百分含量是1%—4%，把经清洗的衬底放到衬底架上，靶材与衬底之间的距离为6~8 cm，生长室真空度抽到1.0×10^-3Pa，以氩气为保护气氛，氢气体积分数是0—2%，调节生长室压强0.1-2.0Pa，射频溅射掺氟氧化锌靶，在衬底上沉积H掺FZO薄膜层，溅射功率在50—250W，温度为20—450℃；

所述衬底为硅、蓝宝石、玻璃、石英或柔性衬底。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过控制沉积温度、F含量、氢气的体积分数和沉积时间，可以制备不同掺杂浓度的H掺FZO透明导电薄膜，可以实现实时掺杂，在FZO薄膜生长过程中同时实现H掺杂；掺杂浓度可以通过调节生长温度和氢气的体积分数来控制；制备的H掺FZO透明导电薄膜具有良好的光电性能，同时重复性和稳定性较好；制备本发明提及的H掺FZO透明导电薄膜所使用设备是磁控溅射，可控性强，适于沉积均匀的大面积薄膜。

附图说明：

附图1是本发明方法采用的磁控溅射沉积装置示意图, 图中：1为Ar气进气管路；2为H₂进气管路；3流量计；4为缓冲室；5为自动压强控制仪；6为真空计；7为真空泵；8为进气管；9为冷却水；10为S枪；11为漏气阀；12为观察镜；13为挡板；14衬底加热器；

附图2是H掺FZO透明导电薄膜的x射线衍射（XRD）图谱。

附图3是H掺FZO透明导电薄膜的光学透射谱。

具体实施方式：

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步详细说明：

实施例1

把掺氟氧化锌靶安装到射频靶头上，掺氟氧化锌靶中氟化锌的摩尔百分含量是2%，把经清洗的玻璃衬底放到衬底架上，靶材与衬底之间的距离为7 cm，生长室真空度抽到1.0×10^-3Pa，以氩气为保护气氛，氢气的体积分数是0.4%，调节生长室压强0.65Pa，射频溅射掺氟氧化锌靶，溅射功率在100W，温度为25℃，生长时间为45min，得到H掺FZO晶体薄膜；

制备得到的H掺FZO透明导电薄膜的x射线衍射（XRD）图谱见图2；光学透射谱见图3，可得到良好的电学性能和光学性能：电阻率为9.3×10^-3Ω·cm，电子迁移率为8.0 cm2V^-1s^-1, 载流子浓度为4.33×10¹⁹cm^-3,可见光平均透射率超过85%。

实施例2

把掺氟氧化锌靶安装到射频靶头上，掺氟氧化锌靶中氟化锌的摩尔百分含量是3%，把经清洗的玻璃衬底放到衬底架上，靶材与衬底之间的距离为7 cm，生长室真空度抽到1.0×10^-3Pa，以氩气为保护气氛，氢气的体积分数是0.6%，调节生长室压强0.65Pa，射频溅射掺氟氧化锌靶，溅射功率在100W，温度为250℃，生长时间为45min，得到H掺FZO晶体薄膜；

制备得到的H掺FZO透明导电薄膜具有良好的电学性能和光学性能：电阻率为7.2×10^-3Ω·cm，电子迁移率为8.7 cm2V^-1s^-1, 载流子浓度为5.02×10¹⁹cm^-3,可见光平均透射率超过85%。

上述实施例仅为本发明的较佳的实施方式，除此之外，本发明还可以有其他实现方式。需要说明的是，在没有脱离本实用新型构思的前提下，任何显而易见的改进和修饰均应落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.H掺FZO透明导电薄膜，其特征在于：具有一衬底，衬底上具有一层H掺FZO薄膜层。

2.制备权利要求1所述的H掺FZO透明导电薄膜的方法，其特征在于包括以下步骤：

把掺氟氧化锌靶安装到射频靶头上，掺氟氧化锌靶中氟化锌的摩尔百分含量是1%—4%，把经清洗的衬底放到衬底架上，靶材与衬底之间的距离为6~8 cm，生长室真空度抽到1.0×10^-3Pa，以氩气为保护气氛，氢气体积分数是0.1—2%，调节生长室压强0.1-2.0Pa，射频溅射掺氟氧化锌靶，在衬底上沉积H掺FZO薄膜层，溅射功率在50—250W，温度为20—450℃。

3.根据权利要求2所述的H掺FZO透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述衬底为硅、蓝宝石、玻璃、石英或柔性衬底。