专利名称：用等离子体技术制备透明低阻/高阻复合膜的制作方法
一所属技术领域本项发明所属领域为，新型光电子材料。
二
背景技术：
透明导电薄膜(Transparent Conducting Oxide，TCO)是制备太阳能电池、液晶显示等器件的重要材料。TCO薄膜的电阻率低于10-3Ωcm，可见光透过率大于85％。有些金属如Au、Ag、Pt、Cu、Rh、Pd、Al和Cr等，当厚度小于15nm时，对可见光透明，呈经被用于透明导电薄膜。但金属薄膜硬度底，稳定性差，又有很强的金属光泽，不是理想的透明导电薄膜。目前，作为透明导电薄膜材料，研究和使用得最多的是金属氧化物，比较典型的有SnO2:F、ZnO:Al、CdO、In2O3、CdIn2O4、Cd2SnO4、Zn2SnO4和In2O3:Sn(ITO)等。
在II-VI族多晶化合物半导体薄膜电池中，CdS薄膜广泛用于太阳能电池窗口层，并作为n型层与p型材料CdTe形成p-n结，构成太阳能电池。在CdS/CdTe电池中，要想得到较高短路电流密度，CdS厚度必须做得很薄。但是，CdS层厚度减薄后，膜的均匀性受到影响，膜会出现微孔，造成局部短路，破坏pn结特性。为了解决此矛盾，需要在透明导电薄膜和CdS之间引入一层透明高阻层薄膜。经过实践，比较常规的做法是选透明导电膜的本征材料，作为透明高阻膜材料。如透明导电SnO2:F薄膜，其高阻膜通常选本征SnO2作为透明高阻膜材料。透明导电薄膜ZnO:Al，其高阻层材料选本征ZnO。另外，Al2O3、SiO2和TiO2等也可作为透明高阻膜。
制备透明低阻薄膜、透明高阻薄膜的方法很多，有射频、直流磁控溅射，常压、低压化学气相沉积和物理增强化学气相沉积等。
三
发明内容
本发明的目的，是寻找一种新的方法和新的工艺，生产大面积、低成本的透明低阻/高阻复合薄膜。
本发明所采用的技术手段是低温等离子技术。
金属氧化物导电是两种机制起作用的结果，其一是氧空位，其二是掺杂离子的作用。在高温条件下沉积的金属氧化物，其晶格位置的氧离子往往有缺位，使得Sn离子的未配对电子很容易受外界作用，脱离Sn离子的束缚，成为载流子。另一方面，由于F离子的掺入，替代晶格位置的氧离子，也会贡献n型载流子。如果能对体内的氧缺位进行补偿，同时把F离子挤出来，在局部就会将低电阻区变为高电阻区。本发明利用低温等离子离子密度大、能量低的特点，用氧等离子对透明导电薄膜进行浅表层注入，在20nm范围内形成高阻区，达到在透明导电SnO2:F薄膜制基础上，一次性形成低阻、高阻复合膜的目的。
具体作法将导电薄膜放在辉光放电形成的低温等离子体中，用偏压引出氧等离子对导电薄膜进行轰击，一定能量的氧离子对透明导电薄膜进行浅表层注入，进入的氧离子将补偿透明导电薄膜的表层氧缺位。同时，由于大量的，速度为每秒几百米的氧离子轰击，表面温度迅速升高。表层内的F离子受热会向外扩散，使表层形成透明高阻区。这样，用低温等离子技术就可一次性在透明导电薄膜表面，形成透明低阻/高阻复合材料。同时，氧等离子对导电膜表面的轰击，会使表面温度升高，促进原子表面扩散，改善薄膜表面的平整度，使成膜性更好，膜的可见光透过率和膜的厚度不变。
用等离子技术制备透明低阻/高阻复合膜的最显著优点，是无需在透明低阻膜上，沉积新的化合物，从而减少了生产环节，缩短生产周期，工艺简单易操作，能大幅度降低生产成本。
四
图1为射频辉光放电结构图其中，T1为射频溅射真空系统，A、B为上下电极，S为样品，N为真空泵系统，C为隔直电容，f1为13.6MHz，f2为偏压工作频率。
图2为射频辉光放电结构图其中，T2为直流辉光溅射系统，A为正电极，B为负电极，S为样品，N为真空泵系统，E1为直流电源。
五
具体实施例方式
结合附图详细说明本发明的实施方式。
实施例1用直流辉光放电制备透明低阻/高阻复合膜如图2。用SnO2:F透明导电薄膜作样品，方块电阻14Ωcm，放于负电极上，本底真空10-3Pa，工作真空为1-100Pa，工作气体为Ar、O2，直流电压800-1500伏，加偏压0-200伏，轰击时间10-60分钟。轰击后复合膜电阻增加到17-30Ωcm。在1500伏电压加速下，氧离子的能量仍然很低，氧离子只能进入导电膜的浅表层，深度不超过10nm，对内部的导电层没有影响。同时，速度为每秒几百米的高密度氧离子轰击表面，使表面温度迅速升高，促使原子沿表面扩散，使成膜性更好，改善了薄膜的表面形貌。
同理，用该方法可将ZnO:Al、CdO、In2O3、CdIn2O4、Cd2SnO4、Zn2SnO4和In2O3:Sn(ITO)等透明导电薄膜，制备成透明低阻/高阻复合膜。
实施例2 用射频辉光放电制备透明低阻/高阻复合膜如图1。用SnO2:F透明导电薄膜作样品(S)，方块电阻14Ωcm，放于负电极(B)上，本底真空10-3Pa，工作真空为1-100Pa，工作气体为Ar、O2，射频工作频率(f1)为13.6MHz，射频功率20-200W，偏压频率(f2)0.5-2.0MHz，偏压0-200伏，轰击时间10-60分钟。轰击后复合膜电阻增加到15-25Ωcm。在200伏偏压加速下，氧离子的能量仍然很低，氧离子只能进入导电膜的浅表层，深度不超过10nm，对内部的导电层没有影响。同时，速度为每秒几百米的高密度氧离子轰击表面，使表面温度迅速升高，促使原子沿表面扩散，使成膜性更好，改善了薄膜的表面形貌。
同理，用该方法可将ZnO:Al、CdO、In2O3、CdIn2O4、Cd2SnO4、Zn2SnO4和In2O3:Sn(ITO)等透明导电薄膜，制备成透明低阻/高阻复合膜。
权利要求
1.一个使用低温等离子技术制备透明低阻/高阻复合膜的方法。其特征是，在透明低电阻膜的基础上，用氧等离子进行轰击，对透明低阻膜内的氧缺位进行补偿，从而形成低阻/高阻复合膜。
2.如权利要求1所述的氧等离子，可以由直流辉光放电产生，也可以由射频辉光放电产生。对透明低电阻膜进行轰击过程，可以加温轰击，也可以不加温轰击，加温不超过200度。
3.如权利要求2所述的透明低电阻膜，可以是ZnO:Al、CdO、In2O3、CdIn2O4、Cd2SnO4、Zn2SnO4和In2O3:Sn(ITO)等。
全文摘要
用等离子体技术制备透明低阻/高阻复合膜本项发明所属领域为，新型光电子材料。用低温等离子技术制备透明低电阻/高电阻复合薄膜，属于真空物理和半导体技术相结合的新工艺。本发明主要针对制备太阳能电池的透明电极时，需反复沉积透明导电膜和透明高阻膜。用氧等离子对透明导电薄膜进行轰击，一次性将透明导电薄膜处理成透明低阻/高阻复合膜，而无需再沉积一层透明高阻膜。该发明减化了生产工艺，大幅降低产品成本。本发明还可用于液晶显示器和塑料显示器的透明电极。
文档编号C23C14/48GK1544685SQ20031011102
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月27日 优先权日2003年11月27日
发明者冯良桓, 雷智, 张静全, 林锡钢 申请人:四川大学