[发明专利]p型铜铁矿结构透明导电氧化物薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜铁矿结构p型透明导电氧化物(Transparent ConductingOxide，TCO)薄膜的制备，尤其是CuCr_1-xM_xO₂(0≤x≤0.25，M为金属阳离子Mg、Ca、Ni等)薄膜的脉冲激光沉积法(Pulsed Laser Deposition，PLD)制备方法。

背景技术

从平板显示器的透明电极到低辐射的建筑玻璃涂层，透明导电氧化物薄膜的应用非常广泛。目前研究较多的TCO材料包括ZnO，In_1-xSn_xO₃(ITO)，SnO₂:F，Cd₂SnO₄等，其中ITO和SnO₂发展较为成熟，但是它们均为n-TCO。虽然在ZnO等体系中可以通过一定的工艺制备p-TCO薄膜，但是其工艺复杂且稳定性还有待于进一步提高。制备出性能优越、工艺稳定的p-TCO薄膜材料以及将其与n-TCO薄膜进行复合，对研究透明pn结、透明晶体管、透明场效应管等透明光电子器件具有非常重要的意义。Sato在1993年第一次报道了p型半导体NiO薄膜，其在可见光范围内具有40％的透过率。但是由于其较低的可见光透过率，NiO并没有引起广泛关注。直到1997年，Kawazoe等人报道铜铁矿结构氧化物CuAlO₂薄膜为p-TCO材料，并且具有较好的电学及光学性能，再一次激起了人们对p-TCO的研究兴趣。

铜铁矿结构氧化物的化学式可写为ABO₂，其中A为Cu、Ag等一价金属离子，B为Al、La、Sc、In、Cr等三价离子。由于原子排列方式的不同，铜铁矿结构氧化物具有两种不同的晶格结构，因此具有2H和3R两种晶相。在铜铁矿体系中，CuCrO₂的电导率约为1Scm^-1，而且在Cr位掺入5％的Mg，电导率可增加到220Scm^-1，这是目前报道的p-TCO中最大的电导率。

铜铁矿结构氧化物薄膜的制备方法有化学溶液法、化学气相沉积法和溅射法，其中PLD法具有易于准确再现靶材成分，生长外延单晶膜和多层膜的优点，是目前最常用的铜铁矿结构氧化物薄膜制备方法。使用PLD法制备薄膜需要预先制备靶材，在传统方法中，采用高温固相反应法制备CuCrO₂靶材需在较高温度(～1100℃)下长时间烧结以确保充分反应，能源损耗很大。现在能源问题越来越严峻，使用更节能的方法制备出高质量的p-TCO薄膜将具有重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种工艺简单，能耗低，能制备出具有较高的电导率、可见光透射率p型铜铁矿结构透明导电氧化物薄膜的制备方法。

本发明提出的制备方法如下：

p型铜铁矿结构透明导电氧化物薄膜的制备方法，其特征在于是按以下步骤完成的：

(a)按铜、铬和M的摩尔比为1∶(0.75～1)∶(0～0.25)，称量氧化亚铜、氧化铬及金属M的氧化物，将原料混合后球磨；

(b)将球磨之后的粉末压坯，制备成复合靶材，靶材为常温制备未经高温烧结，氧化亚铜和氧化铬及M的氧化物未发生化学反应；

(c)用得到的靶材通过脉冲激光沉积法在基板上沉积CuCr_1-xM_xO₂薄膜，0≤x≤0.25。

所述的p型铜铁矿结构透明导电氧化物薄膜的制备方法，其特征在于所述的M指Mg、Ca、Ni元素。

所述的p型铜铁矿结构透明导电氧化物薄膜的制备方法，其特征在于所述的沉积CuCr_1-xM_xO₂薄膜的技术条件为：激光频率1-20HZ，激光能量密度1-10J/cm²，本底真空10^-3-10^-6Pa，氧压1×10^-2～30Pa，基板温度400-1000K，基板与靶材的距离20～70mm。

所述的p型铜铁矿结构透明导电氧化物薄膜的制备方法，其特征在于所用的基板为Al₂O₃(0 0 /)、石英或Si片。