[发明专利]ZnO:Bi光电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及光电子材料，具体是ZnO:Bi光电薄膜及其制备方法。

背景技术：

ZnO基半导体光电薄膜作为一种对可见光透明度高，导电性能好，同时还具有压电和气敏等特性的功能薄膜材料，因其具有原料丰富、价廉无毒、在等离子体中性能稳定以及能隙宽等一系列优点，具有取代昂贵稀有、部分性能指标偏低的、有毒的、掺锡的氧化铟薄膜(In₂O₃:Sn，简称ITO)等光电薄膜的极大潜力，可广泛应用于太阳能电池、显示器，激光器、电磁屏蔽，抗静电涂层、压电器件及气敏组件等领域。

近年来，为了提高ZnO光电薄膜的综合性能，常对ZnO进行不同元素掺杂改性。目前，掺Al、Ga、稀土等元素或多元共掺的ZnO薄膜已经被采用各种工艺方法制备出来了，如：

[1]Kim K.H，Park K.C，Ma D.Y.Structural，eletrical and optical properties ofaluminumdoped zinc oxide.films prepared rf-magnetron sputtering[J].Appl.Phys，1997，81(12)：7764-772；

[2]K.Saito，Y.Hiratsuka，A.Omata，H.Makino，S.Kishimoto，T.Yamamoto，N.Horiuchi and H.Hirayama.atomic layer deposition and characterization of Ga-dopedZnO thin films.superlattices and Microstructures，2007，42(1-6)：172-175；

[3]Tadatsugu Minami，Takashi Yamamoto，Toshihiro Miyata.Highlytransparent and conductive rare earth-doped ZnO thin films prepared by magnetronsputtering[J].Thin Solid Films，366(2000)：63-68；

[4]Tadatsgumu Minami，Shingo Suzuki，Toshihiro Miyata.Transparentconducting impurity-co-doped ZnO:Al thin fims prepared by magnetron sputtering[J].Thin Solid Films，2001，398-399：53-58；

[5]中国专利申请号为200610043274.4公开了一种ZnO:Mo透明导电薄膜及制备方法，该发明用ZnO为基料和M₀O₃粉按重量比充分混合，压制成型后，在空气中高温浇结成ZnO:M_o靶材，把靶材至于清洗过的载玻基片中，放入磁控溅射仪，氩气溅射而制成ZnO:M_o透明导电薄膜，但该光电薄膜的电阻率仍较大，对紫外光的截止率低，同时Mo属于稀有的贵金属，成本高。

目前为止，还没有在ZnO中掺杂Bi元素而制成ZnO:Bi透明导电薄膜的报道。同时，上述所有非Bi掺杂ZnO薄膜的制备方法中，其掺杂原料及基体原料的纯度都要求极高，均达99.99％(4N)。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的可见光透过率高，导电性好，具有紫外(＜370nm)屏蔽效应，原料纯度低，工艺简单、成本较低的ZnO:Bi光电薄膜及其制备方法。

一种ZnO:Bi光电薄膜，它以氧化铋(Bi₂O₃)作为掺杂原料，氧化锌(ZnO)为主体材料组成，Bi₂O₃的掺入量为总重量的1-5％，经球磨混合、压制成型，高温烧结制成陶瓷靶材，靶材再经射频磁控溅射制备薄膜，再将制得的光电薄膜进行真空热处理而获得，表达式为ZnO:Bi，各组分原料用量重量百分比为：

ZnO      95-99％；

Bi₂O₃    1-5％。

针对上述ZnO:Bi光电薄膜，本发明提供了如下相应的制备方法：

一种磁控溅射法制备ZnO:Bi光电薄膜的方法，包括如下步骤：