[发明专利]透明导电薄膜及其制备方法、磁控溅射装置

说明书

技术领域

本发明涉及磁控溅射领域，特别是涉及一种透明导电薄膜及其制备方法和磁控溅射装置。

背景技术

透明导电薄膜是在可见光范围内平均透过率大于85％(T_avg>85％)且其电阻率在10^-3Ω.cm以下的导电薄膜。科学技术的快速发展和人民生活的日益提高，大功率的太阳能电池、高分辨率，大尺寸的平板显示器、节能红外反射膜、电致发光窗与广告宣传栏等的广泛应用，对透明导电薄膜的需求愈来愈高。

目前，ZnO基透明导电薄膜主要的掺杂物为Al₂O₃，简称AZO，通常采用磁控溅射的方法沉积薄膜。溅射时辉光放电所用的惰性气体为Ar气，薄膜在沉积过程中，由于磁控溅射技术独特的物理过程，在靶材表面往往会形成刻蚀沟道区，即靶面被刻蚀出上面较宽、下面宽度连续收缩的深且窄的沟壑。当使用磁控溅射技术沉积AZO薄膜时，靶材为氧化物陶瓷材料，衬底沉积温度低于200℃且薄膜厚度限制在100nm～200nm，由于靶材表面的刻蚀沟道区域的存在，会造成相应沉积薄膜的电阻率分布不均匀，我们认为这是因为溅射过程中产生的高能负离子(如氧负离子O^-、O₂^-)对已沉积薄膜的轰击，造成透明导电薄膜质量的下降。

发明内容

基于此，有必要提供一种质量较好的透明导电薄膜及其制备方法和磁控溅射装置。

一种透明导电薄膜，所述透明导电薄膜是氢氟共掺杂的氧化锌基晶体，其中ZnF₂的质量占所述透明导电薄膜的总质量的0.1％～1％。

在一个实施例中，ZnF₂的质量占所述透明导电薄膜的总质量的0.5％。

一种透明导电薄膜的制备方法，包括如下步骤：

预备磁控溅射设备、靶材和衬底；所述靶材是掺杂有ZnF₂的ZnO陶瓷靶材，ZnF₂的质量占所述靶材的总质量的0.1％～1％；

为所述衬底建立相对于所述靶材的、大小为60V～300V的负电势；以及

通入工艺气体，开启磁控溅射，在所述衬底上沉积所述透明导电薄膜，所述工艺气体为氩气与氢气的混合气体，并且氢气与所述工艺气体气流总量的浓度比为1.2％～1.8％。

在一个实施例中，ZnF₂的质量占所述靶材的总质量的0.5％。

在一个实施例中，氢气与所述气流总量的浓度比为1.5％。

在一个实施例中，磁控溅射沉积所述透明导电薄膜时的真空度为0.23Pa～0.27Pa。

一种透明导电薄膜的磁控溅射装置，包括电接地的真空腔壁围成的真空腔室；以及收容于所述真空腔室内的用于容置靶材的磁控溅射源、用于容置衬底的工作平台，所述工作平台与所述磁控溅射源相对间隔设置，所述磁控溅射源的外壳接地；还包括：

导电平板，所述导电平板可移动地固定在所述工作平台上，与所述衬底相互平行设置且电绝缘；以及

恒压电源，所述恒压电源的负极与所述导电平板电连接，为所述衬底提供相对于所述磁控溅射源的负向电场。

在一个实施例中，所述工作平台还包括电绝缘地穿通所述真空腔壁的导电棒，用于连接所述恒压电源和导电平板。

在一个实施例中，所述工作平台上还设有绝缘螺丝，所述导电平板设置在所述绝缘螺丝上，位于所述衬底的背面。

在一个实施例中，所述恒压电源的输出电压为60V～300V。

这种透明导电薄膜及其制备方法和磁控溅射装置，由于在衬底的背面设置了一个负电压，形成了阻止高能负离子对已沉积薄膜的轰击的逆向电场；由于在AZO陶瓷靶材中掺杂ZnF₂，利用氟元素浅能级杂质的特性，减少了薄膜中的点缺陷，包括氧空位V_o与锌间隙Zn_i，进而提高了薄膜的晶体结构品质；由于在磁控溅射的工艺气体中混入少量氢气，提高了透明导电薄膜的导电性能。

附图说明

图1为一实施方式的磁控溅射设备的结构示意图；

图2为一实施方式的透明导电薄膜的制备方法的流程图；

图3a为实施例1制得的透明导电薄膜的SEM表面图像；

图3b为实施例1制得的透明导电薄膜的SEM断面图像；

图4a为实施例2制得的透明导电薄膜的SEM表面图像；

图4b为实施例2制得的透明导电薄膜的SEM断面图像；