[发明专利]双靶共溅射制备Zr掺杂ITO薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料技术领域的薄膜制备方法，具体的说，涉及的是一种双靶共溅射制备Zr掺杂ITO薄膜的方法。

背景技术

掺锡氧化铟(Indium Tin Oxide简称ITO)薄膜是光电性能较优异的透明导电氧化物(TCO)薄膜，广泛应用于各种光电技术领域。ITO薄膜普遍存在热稳定性差、还原气氛下结构不稳定和表面能低等问题，同时其光电性能也需进一步提高，这些都限制了ITO薄膜的应用。在实际的应用过程中，三元的ITO薄膜难以满足各种性能的需要，目前多元复合体系透明导电薄膜的研究得到了一定的发展，可以制备出一些具有独特性能的TCO薄膜，基于ITO的多元复合体系薄膜能够保持传统ITO薄膜性能的前提下，可以通过添加其它组分而调整薄膜的电学、光学、物理和化学性质，从而获得传统ITO薄膜所不具备的性能，以满足特定的需要。磁控溅射常用于制备ITO薄膜，而对于薄膜掺杂工艺，常规复合靶普遍存在原子溅射率不同的问题，由于各原子溅射率的不同在薄膜的深度方向往往会存在浓度梯度，难以制备出均匀及性能重复的薄膜。双靶共溅射为ITO薄膜的掺杂提供了一种很好的尝试，双靶共溅射通过溅射功率的调节可以控制不同掺杂含量，与使用复合靶材进行薄膜沉积的方法相比，该方法可非常方便地控制高价金属元素Zr的不同掺杂浓度，也可解决制备复合靶的困难。

经对现有技术的文献检索发现，M.Suzuki等人在《Materials Science andEngineer B》(材料科学与工程B)(1998，Vol.54，p43-454)中的一篇报道“ITOfilms sputter-deposited using an ITO target sintered with vanadium oxideadditive”(添加氧化钒烧结的ITO靶材溅射沉积ITO薄膜)提到对氧化钒掺杂ITO薄膜的研究。该文中提出利用单靶射频磁控溅射法在玻璃基底上制备氧化钒掺杂ITO薄膜，文中着重对薄膜在不同温度下的光电性能进行了研究，但对所制备薄膜的其它性能并没有进行详细报道，而且文中对于氧化钒掺杂的最佳掺杂量也未进行优化。在进一步的检索中，尚未发现对以双靶共溅射制备Zr掺杂ITO薄膜的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于针对制备复合靶材的制备困难、复合靶中原子溅射率的不同和提高ITO薄膜各项性能等问题，提供一种双靶共溅射制备Zr掺杂ITO薄膜的方法，使其利用ITO靶材和金属Zr靶双靶共溅射以实现具有良好性能的Zr掺杂ITO(ITO:Zr)薄膜的方法，与其它方法相比具有薄膜纯度高，制备工艺简单，能够随时调节薄膜中元素的含量，提高生产效率的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的，首先将质量分数90％In₂O₃和质量分数10％SnO₂的均匀混合物制成ITO板材，将ITO板材和金属Zr板材加工成ITO靶和Zr靶，将双靶和基底分别经过清洗后先后装入溅射仪，溅射制备Zr掺杂ITO薄膜。

所述制成ITO板材，采用热等静压等方法。

所述的ITO靶和Zr靶，其直径为Φ60mm，厚度为5mm。

所述溅射，其方式采用直流和射频磁控溅射，ITO靶的直流溅射功率为45W，金属Zr靶的射频溅射功率范围为5W-20W，优化功率为10W。

所述溅射靶即ITO靶和Zr靶与基底底座倾斜成60°，基底与各靶对称分布且距离都为65cm。

所述溅射靶即ITO靶和Zr靶，在溅射之前经过5分钟预溅射清洗。

所述基底，其底座在溅射过程中旋转速度为10rpm。

所述基底，其温度20℃-400℃，优化温度为300℃，本底真空度为10^-4Pa，氧流量范围为0sccm-1.5sccm，优化氧流量为0.3sccm，通过控制Ar气使工作气压保持在0.5Pa。

所述Zr掺杂ITO薄膜中金属原子个数比为：ln∶Sn∶Zr＝9∶1∶0.2，Zr完全固溶于ITO薄膜中。