[发明专利]一种高方阻掺镓氧化锌透明导电薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高方阻掺镓氧化锌透明导电薄膜及其制备方法。所述透明导电薄膜采用镓掺杂氧化锌材料，所述透明导电薄膜中氧化锌的质量百分比为99～90wt.％，所述透明导电薄膜中氧化镓元素的质量百分比为1～10wt.％，所述透明导电薄膜的膜厚为40nm≤d≤100nm。该制备方法包括以下步骤：1)提供清洗后的洁净玻璃衬底；2)将玻璃衬底固定到镀膜真空室旋转基片台；真空室背底真空低于2.5×10^‑3Pa；3)采用射频磁控溅射镀膜工艺镀制薄膜。本发明中的高方阻掺镓氧化锌透明导电薄膜，其光学性能满足550nm可见光透射率>80％；其方块电阻R□>150kΩ/□。而且，该薄膜能够连续成膜，成膜均匀性佳，特别适用于IPS液晶显示器。

技术领域

本发明涉及一种高方阻掺镓氧化锌透明导电薄膜及其制备方法，属于半导体材料和新型液晶显示器件技术领域。

背景技术

高方阻透明导电薄膜(TCO)在超薄液晶显示中有重要作用，由于其可选择性屏蔽一定范围波段的电磁波，以消除其对新型超薄液晶显示屏中立式液晶阵列的干扰；同时在可见光波段保持高透过率，以保证显示效果。

可通过掺入微量的Al，Ga，In等施主杂质来提高其导电性，在所有金属掺杂元素中，由于Ga和Zn离子半径相近，而且Ga-O键和Zn-O键的键长也很相近，掺杂时ZnO的晶格畸变非常小，所以Ga被认为是最有前途的掺杂元素。

制备Ga掺杂ZnO薄膜目前主要有以下4种制备方法：溶胶-凝胶、喷涂热分解、脉冲激光沉积和磁控溅射。其中磁控溅射法具有制备工艺简单、容易实现掺杂、成本低、无污染、适宜规模化生产等众多优势。方块电阻R□＝ρ/d，其物理意义为正方形薄膜边到边之间的电阻，用于表征薄膜平行于表面方向的导电性。电阻率ρ与温度及材料本身的载流子浓度n与载流子迁移率μ有关。因此，如何制备得到高方阻且适用于IPS液晶显示器的透明导电薄膜是本领域技术人员的研究热点。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题，提供一种光学性能优良的高方阻掺镓氧化锌透明导电薄膜及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高方阻掺镓氧化锌透明导电薄膜，所述透明导电薄膜采用镓掺杂氧化锌材料，所述透明导电薄膜中氧化锌的质量百分比为99～90wt.％，所述透明导电薄膜中氧化镓元素的质量百分比为1～10wt.％，所述透明导电薄膜的膜厚为40nm≤d≤100nm。

上述方案中，所述透明导电薄膜的膜厚为40nm≤d≤60nm。

上述方案中，所述高方阻掺镓氧化锌透明导电薄膜为连续成膜。

上述方案中，所述透明导电薄膜的方块电阻R□>150kΩ/□，550nm可见光透射率>80％。

所述的高方阻掺镓氧化锌透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1)提供清洗后的洁净玻璃衬底；

2)将玻璃衬底固定到镀膜真空室旋转基片台；真空室背底真空低于2.5×10^-3Pa；

3)采用射频磁控溅射镀膜工艺镀制薄膜：在15～25℃下采用高纯Ar气为溅射气体，溅射功率密度为1.6～4.0W·cm^-2，功率为40～100W，电流为20～48A，溅射气压为0.2～1.0Pa。

上述方案中，步骤1)中清洗方法为：将玻璃衬底先以丙酮为清洗剂超声清洗，然后以无水乙醇为清洗剂超声清洗，最后以去离子水为清洗剂超声清洗，干燥后得到洁净玻璃衬底。

上述方案中，所述靶材为ZnO:Ga半导体陶瓷靶材组成质量比：Ga₂O₃/ZnO＝(1～10)wt.％/(99～90)wt.％。