[发明专利]一种掺铝氧化锌透明导电薄膜的制备方法

说明书

本发明具体涉及一种掺铝氧化锌透明导电薄膜的制备方法，相比于现有技术，利用了掺杂Ga的溶胶A在热处理的过程中不易与空气中成分发生作用，使得溶胶A能够在衬底上生长透明均匀的薄膜层作为掺铝氧化锌薄膜层的缓冲层，透明度高，而且在掺杂有Ga的薄膜中，晶体的晶格常数更加接近于纤锌矿ZnO的晶格常数，因此能有效减小晶格失配效应，起到很好的晶格缓冲作用，制备光电性能更为优越的掺铝氧化锌透明导电薄膜。

技术领域

本发明涉及导电薄膜材料领域，具体涉及一种掺铝氧化锌透明导电薄膜的制备方法。

背景技术

透明导电氧化物(TCO)薄膜因其具有较大的能带间隙，在可见光区具有较高的透光率，同时较低的电阻率使得它们适合于各种应用，如氯、臭氧和甲烷气体传感器；平板，电子纸，触摸屏显示；发光二极管；薄膜太阳能电池等。目前市面上主要运用的透明导电薄膜为掺锡氧化铟(ITO)，ITO以其优异的导电率和透光率占据了主要市场，在工业规模上大量生产。然而由于In元素资源稀少和市场的需求日益扩大，ITO的价格随之增长，同时In元素具有毒性，随着技术的日益发展，资源的日益匮乏，ITO已经越来越无法满足人们的需求，人们开始考虑其替代产品。

掺铝氧化锌导电薄膜(AZO)以其低成本、无毒环保和储量丰富的性质而成为了ITO导电薄膜的绝佳替代品。制备AZO薄膜的主要方法有磁控溅射,金属有机气象沉积(MOCVD),脉冲激光沉积，原子层沉积(ALD)，热蒸发和溶胶凝胶法(Sol-Gel)。溶胶凝胶法由于具有很多优点己经成为制备AZO薄膜的重要方法之一，其主要优点包括沉积薄膜设备简单、制造成本低、易实现分子量级的掺杂并可实现室温条件下大面积薄膜沉积。传统溶胶凝胶法制备透明导电薄膜由于晶格失配和衬底热膨胀存在难以修正的应力应变，造成薄膜生长的晶体结构存在较多缺陷，在半导体电子器件中材料里的微小缺陷的存在就会造成器件较大的损失与不良反应，对于传统溶胶凝胶法所制备的AZO薄膜，目前较多的科研内容一般将相同铝掺杂浓度的AZO旋涂在玻璃衬底之上，通过重复一定的次数得到相应厚度的薄膜，但是这样的AZO薄膜在生长过程中由于晶格失配和衬底热膨胀往往存在着大量的晶体缺陷或者无法生成致密的薄膜微观结构，这些缺陷正是由于衬底与AZO的晶格不匹配造成的应力应变关系的共同发展而产生的,AZO薄膜中的这些缺陷会影响AZO薄膜的电学和光学性能，导致传统方法所制备的薄膜性能可重复性不高，薄膜质量参差不齐。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种掺铝氧化锌透明导电薄膜的制备方法，能够有效地减小透明导电薄膜的晶格失配效应和避免产生不透明的氧化铝污染透明导电薄膜，提高透明导电薄膜的光电性能。

针对上述技术目的，本发明是这样加以解决的：一种掺铝氧化锌透明导电薄膜的制备方法，包括如下步骤：

S1、配置溶胶：选定锌源、铝源、镓源、溶剂和稳定剂，将它们混合形成混合溶液A，接着对混合溶液进行陈化后得到溶胶A；选定锌源、铝源、溶剂和稳定剂，将它们混合形成混合溶液B，接着对混合溶液B进行陈化后得到溶胶B；

S2、匀胶及热处理：

S2.1、在衬底上先涂覆溶胶A并烘干；

S2.2、在衬底上涂覆溶胶B并烘干，并重复本步骤一次以上；

S2.3、返回步骤S2.1直至满足一定的涂覆次数；

S3、退火：对衬底进行退火处理，制得透明导电薄膜。

其中，锌源可选用二水合醋酸锌，铝源可选用硝酸铝或氯化铝，镓源可选用硝酸镓，更优地，锌离子浓度为0.5-1.0mol/L，铝离子和镓离子总掺杂浓度在总离子量(锌离子、铝离子和镓离子加起来的离子量)的1-3at％之间。