[发明专利]一种铝掺氧化锌透明导电薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电材料，具体涉及一种铝掺氧化锌导电薄膜的制备方法。

背景技术

透明导电薄膜是一种既能导电又在可见光范围内具有高透明率的一种薄膜，主要有金属膜系、氧化物膜系、其他化合物膜系、高分子膜系、复合膜系等。金属膜系导电性能好，但是透明率差。半导体薄膜系列刚好相反，导电性差，透明率高。当前研究和应用最为广泛的是金属膜系和氧化物膜系。透明导电薄膜主要用于光电器件(如LED，薄膜太阳能电池等)的窗口材料。常见的透明导电薄膜为ITO(锡掺杂三氧化铟)、AZO(铝掺杂氧化锌)等，它们的禁带宽度大，只吸收紫外光，不吸收可见光，因此称之为“透明”。目前广泛使用的TCO材料是氧化铟锡(ITO)，因为ITO具有良好的电导性并在整个可见光波段具有优异的透射率。然而，由于地球上铟元素储量相对稀少、使用成本高，人们正在寻找能替代氧化铟锡的透明导电氧化物。铝掺杂氧化锌(AZO)是目前研究较多的可替代氧化铟锡材料中的一种。铝掺杂氧化锌可以通过多种方法制备，包括直流、射频溅射，脉冲激光沉积，化学气相沉积以及溶胶凝胶的方法。化学气相沉积及溶胶凝胶虽然对设备要求低，但成膜的质量和间距覆盖度(step coverage)不够好。是现在工业生产上需要更加简便和适合大规模生产的方法。

目前，磁控溅射法具有沉积速率快、薄膜附着力强、可控性强等优点，是工业生产研究最多、工艺最成熟以及应用最广的薄膜沉积方法。但是存在对设备、原材料、工艺参数等要求高的缺点，由此可见，能否发明出一种采用磁控溅射法低温低溅射功率在柔性PET衬底上制备铝掺氧化锌透明导电薄膜的方法，并且该方法具有工艺步骤简单、易操作的优点成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种铝掺氧化锌透明导电薄膜的制备方法，本发明方法在传统的磁控溅射法的基础上，进一步研究和改进，得出一种工艺步骤简单、可操作性强的铝掺氧化锌透明导电薄膜的制备方法。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案包括：

一种铝掺氧化锌透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：以三氧化铝掺杂的氧化锌陶瓷作为靶材，调节本底真空度为0.5×10^-4～2×10^-4Pa、衬底温度为80～120℃，以氩为溅射源、工作压强为0.4～0.8Pa，靶基距为5～7cm，采用梯度溅射功率喷溅1h，得到铝掺氧化锌导电薄膜。

所述的三氧化铝掺杂的氧化锌陶瓷包括重量份数为1～5份的三氧化二铝和90～100份的氧化锌。

所述的三氧化铝掺杂的氧化锌陶瓷的制备方法，包括以下步骤：分别称取三氧化二铝和氧化锌后，均匀混合，经压片烧结后制得。

所述烧结温度为1250～1340℃。

所述梯度溅射功率包括以下步骤：溅射初期5分钟内溅射功率为50～70W、5～10分钟75～90W、而后功率提高到95～120W。

优选地，所述梯度溅射功率包括以下步骤：溅射初期5分钟内溅射功率为65W、5～10分钟80W、而后功率提高到100W。

所述的铝掺氧化锌透明导电薄膜，紫外可见光范围为400～900nm，光透过率为90～98％、电阻率为1.2×10^-4～2.5×10^-4欧姆·厘米。

本发明的有益效果包括：

本发明的一种铝掺氧化锌透明导电薄膜的制备方法，通过合理的梯度溅射功率设计，溅射1h，实现大面积、可控、高效沉积。本发明的一种铝掺氧化锌透明导电薄膜的制备方法所制备的铝掺氧化锌透明导电薄膜，致密度高、附着力强、紫外可见光范围达到400～900nm，光透过率高达90～98％、电阻率可低至1.2×10^-4欧姆·厘米。

附图说明

图1所示为本发明不同衬底位置的方块电阻图。

图2所示为本发明制备的铝掺氧化锌透明导电薄膜X射线衍射图。

图3所示为本发明制备的铝掺氧化锌透明导电薄膜紫外-可见光透射光谱图。

图4所示为本发明制备的铝掺氧化锌透明导电薄膜表面SEM图。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。

实施例1

一种铝掺氧化锌透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：：