[发明专利]一种溶胶凝胶法制备镓掺杂氧化锌薄膜的方法

说明书

技术领域：

本发明属于半导体薄膜制备领域，特别涉及一种凝胶溶胶法制备具有一定厚度及较低电阻率的镓掺杂的氧化锌薄膜的方法，属于无机材料制备工艺技术领域。

技术背景

溶胶凝胶法作为一种制备薄膜的绿色合成方法，比起传统的薄膜制备方法例如：溅射、化学气相沉积，脉冲激光沉积等，具有诸多优势：设备简单，生产成本低，化学计量比易于控制，生产流程简单等。

由于镓元素化学稳定性高，不易氧化并且掺杂对氧化锌的晶体结构的影响较少，使得镓元素成为最合适的氧化锌薄膜掺杂元素之一。作为一种透明导电氧化物薄膜，镓掺杂的氧化锌比较常用的铟掺杂的氧化锡薄膜，价格相对便宜，镓元素在地球上含量也相对较多。而镓掺杂的氧化锌薄膜具有较高的透光率以及较低的电阻率，这便使得其成为应用于液晶显示器，太阳能电池等半导体器件的重要材料之一。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种工艺简单，成本低廉，适合工业化生产镓掺杂的氧化锌的薄膜材料的制备方法。

本发明的镓掺杂的氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

a. 溶胶的配制

首先将锌盐2水醋酸锌和镓盐5.5水硝酸镓溶于甲醇中，然后在逐滴加入稳定剂单乙醇胺；使溶液中锌离子浓度与单乙醇胺的摩尔比为1，保证Ga₂O₃:ZnO质量比为3:100；锌离子在溶液中的浓度为0.3 mol/L；在磁力搅拌的情况下，将配制好的溶液水浴60℃，保温1小时；再将水浴温度提高到70℃，进行蒸发溶剂，直到溶胶体积达到原来体积的40%；然后室温时效6小时，冰箱冷藏42小时，形成溶胶；

b. 衬底基片的预处理

衬底基片为康宁（Corning）公司的EAGLE XG玻璃，即一种不含砷、钡、锑及卤化物的液晶显示器玻璃；将尺寸为30mm×50mm×1mm的玻璃基片用洗洁精清洗几遍后，依次采用去离子水、无水乙醇、去离子水超声清洗；用吹风机将玻璃基片上的去离子水吹干备用；

c. 镓掺杂氧化锌薄膜的制备

在室温下，将预处理后的玻璃基片采用提膜机进行拉膜，浸润以及提拉速度均保持在65mm/min，拉完膜之后，将薄膜在红外灯下烘烤30min，之后进行500℃快速退火15min，完成一次拉膜；再重复以上步骤n次以达到一定厚度的镓掺杂的氧化锌薄膜；最后室温下时效2天，再将薄膜真空600℃退火1h，最终即得到GZO薄膜。

本发明通过调节蒸发溶液的量，可以改变溶胶的粘度，从而减少所达到薄膜厚度的拉膜次数。

本发明与技术背景相比，具有以下优势：

本发明使用的原料价格较低廉，使用设备简单，操作方便，并且可以制备氧化锌薄膜半导体材料。本发明方法获得的镓掺杂的氧化锌薄膜结构的电学性能可达到10^-2Ω·cm，透光率大于80%，在低电阻率透明半导体领域有重要的应用。

附图说明

图1是镓掺杂的氧化锌薄膜的XRD图谱。

图2是镓掺杂的氧化锌薄膜的透光率图。

图3是镓掺杂的氧化锌薄膜的表面以及截面的扫描电镜图片。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例

本实施例中的制备步骤如下所述：

１）溶胶的配制

首先在一个200ml的玻璃烧杯中，将0.045mol的2水醋酸锌以及0.0006mol的5.5水合硝酸镓放入烧杯，将150ml的无水甲醇倒入烧杯中，再逐滴加入0.045mol的单乙醇胺。磁力搅拌至全部溶解后，水浴60℃并在磁力搅拌的情况下保温1个小时。将温度提高到70℃进行溶剂蒸发直到剩余溶液的体积为原来

溶液体积的40%。室温时效6小时，冰箱冷藏42小时，形成溶胶。

2 ）衬底基片的预处理

将EAGLE XG玻璃基片用洗洁精清洗几遍后，依次采用去离子水、无水乙醇、去离子水超声清洗15min，吹干备用。

3 ）镓掺杂氧化锌薄膜的制备

在室温下，将预处理后的玻璃基片采用提膜机进行拉膜，浸润1min后，以65mm/min的速度进行提拉。每提拉完一层膜之后，将薄膜在红外灯下烘烤30min，再进行500℃快速退火15min，完成一次薄膜的提拉烘干过程。再重复以上步骤6次，以达到一定厚度（200nm）的镓掺杂的氧化锌薄膜。最后，将薄膜时效两天，600℃真空退火1h，最终即得到GZO薄膜。

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