导电薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于功能薄膜材料技术领域，具体地说是一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]从平板液晶显示器、薄膜晶体管制造、太阳能电池透明电极以及火车飞机用玻璃除霜到建筑物幕墙玻璃，透明导电氧化物薄膜的应用十分广泛。目前研宄主要集中在ZnO，In2O3, SnO2及其掺杂体系 SnO2:Sb, SnO2:F, In2O3:Sn(ITO)，Ζη0:Α1(ΑΖ0)等，但上述这些材料都属于η型TCO材料。虽然在ZnO等体系中可通过一定工艺制备出P型TCO材料，但其导电性与η型TCO相差甚远且制备工艺的稳定性和重复性均需大幅度提高。因此，制备出性能优越、工艺条件稳定、重复性好的P型TCO薄膜材料，对研发基于P型TCO材料设计制作的新型透明ρ-η结、透明晶体管、透明场效应管等透明光电子器件具有非常重要的意义。
【发明内容】
[0003]本发明为了提供一种P型TCO薄膜材料，设计了一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法，本方法制备的透明Ca3Co4O9导电薄膜具有高的载流子浓度和较宽的禁带宽度，因而表现出很好的光电性能，如较低的电阻率和较高的可见光透过率，实验结果可重复、工艺稳定性好。
[0004]为了实现上述目的，本发明所采取的技术手段是:一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法，关键在于:本方法步骤中包括:
[0005]Α、陶瓷靶材的制备
[0006]利用高温固相反应法烧结Ca3Co4O9陶瓷靶材；
[0007]B、脉冲激光沉积薄膜
[0008]将得到的靶材放入PLD腔体，通过脉冲激光沉积技术在单晶基底上生长c轴取向的Ca3Co4O9预制薄膜；
[0009]C、尚纯氧气氛围尚温退火
[0010]将预制薄膜放在管式高温炉中进行退火处理，退火温度为780-820°C、时间为1_2小时，退火时需向炉中通入流动的纯度为99.99%的氧气，氧压0.8-1大气压。
[0011 ] 所述的高温固相反应法烧结过程为将CaCO3Xo3O4按钙与钴的摩尔比3:4称量，再经过混合、研磨、压片成型后，在850-950°C的电阻炉内预烧结8-12小时。
[0012]所述的CaCOjP Co 304的纯度均为99.99%。
[0013]所述的预烧结过程可重复2-4次。
[0014]步骤B中所述的脉冲激光沉积技术的激光频率1-lOHz，激光能量密度1.5_3mJ/cm2,本底真空KT4-1O-5Pa,氧压lX10_2_80Pa，基底温度600-700 °C,基底和靶材距离40-60mmo
[0015]步骤B中所述的单晶基底为c轴取向的A1203、LaAlO3、或SrT13单晶薄片。
[0016]本发明的有益效果是:其一，工艺稳定性好、样品重复率高；其二，制备的P型透明Ca3Co4O9导电薄膜结晶质量好，沿c轴方向取向生长且不含任何杂相；其三，制备的P型透明Ca3Co4O9导电薄膜具有较高的电导率和可见光透过率，光电品质因子高。
【附图说明】
[0017]图1是对制得的透明Ca3Co4O9导电薄膜使用D8型X-射线衍射仪测试后得到的XRD图谱。
[0018]图2是透明Ca3Co4O9导电薄膜的透射光谱，图中横坐标为波长，纵坐标为透过率。
[0019]图3是透明Ca3Co4O9导电薄膜的低温电阻率图谱，图中横坐标为温度，纵坐标为电阻率。
[0020]图4是通过对本发明透明Ca3Co4O9导电薄膜的吸收系数进行拟合得到的光学带隙，图中横坐标为光子能量(h υ )，纵坐标为(a h υ )2。
【具体实施方式】
[0021]下面结合实施例对本发明进行详细说明。
[0022]P型透明导电薄膜Ca3Co4O9的制备方法依以下步骤顺序进行:
[0023]Α、将高纯CaC03，Co3O4按钙与钴的摩尔比3:4，称量，混合，研磨，
[0024]压片成型，在900°C的管式高温退火炉内预烧结10小时，自然降温至
[0025]室温，这样重复预烧结2-3次，制得沉积所用的Ca3Co4O9靶材；
[0026]B、将制得的Ca3Co4O9靶材放入PLD腔体，通过脉冲激光沉积，在LaAlO 3基底按照上述参数沉积Ca3Co4O9薄膜。
[0027]C、在高纯氧气氛围下高温退火2小时、退火温度为820°C，得到沿c轴取向生长的Ca3Co4O9薄膜。
[0028]用激光器为308nm的XeCl准分子激光器，XRD测试表明制备的P型Ca3Co4O9薄膜为c轴取向生长，可参见附图1 ;其室温电阻率为7.3m Qcm,可参见附图2 ;可见光平均透过率为50%，可参见附图3 ;光学带隙为2.leV，可参见附图4。
【主权项】
1.一种P型透明Ca 3Co409导电薄膜的制备方法，其特征在于:本方法步骤中包括: A、陶瓷靶材的制备 利用高温固相反应法烧结Ca3Co4O9陶瓷勒材； B、脉冲激光沉积薄膜 将得到的靶材放入PLD腔体，通过脉冲激光沉积技术在单晶基底上生长c轴取向的Ca3Co4O9预制薄膜； C、尚纯氧气氛围尚温退火 将预制薄膜放在管式高温炉中进行退火处理，退火温度为780-820°C、时间为1-2小时，退火时需向炉中通入流动的纯度为99.99%的氧气，氧压0.8-1大气压。
2.根据权利要求1所述的一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法，其特征在于:所述的高温固相反应法烧结过程为将CaC03、Co3O4按钙与钴的摩尔比3:4称量，再经过混合、研磨、压片成型后，在850-950°C的管式高温退火炉内预烧结8-12小时。
3.根据权利要求2所述的一种P型透明Ca3Co409导电薄膜的制备方法，其特征在于:所述的CaCOjP Co 304的纯度均为99.99%。
4.根据权利要求2所述的一种P型透明Ca3Co409导电薄膜的制备方法，其特征在于:所述的预烧结过程可重复2-4次。
5.根据权利要求1所述的一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法，其特征在于:步骤B中所述的脉冲激光沉积技术的激光频率1-lOHz，激光能量密度1.5-3mJ/cm2，本底真空l(T4-l(T5Pa，氧压 I X l(T2-80Pa，基底温度 600-700°C，基底和靶材距离 40_60mm。
6.根据权利要求1所述的一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法，其特征在于:步骤B中所述的单晶基底为c轴取向的A1203、LaAlO3、或SrT13单晶薄片。
【专利摘要】本发明公开了一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法,属于功能薄膜材料技术领域，制备方法步骤中包括：A、陶瓷靶材的制备：利用高温固相反应法烧结Ca3Co4O9陶瓷靶材；B、脉冲激光沉积薄膜：将得到的靶材放入PLD腔体，通过脉冲激光沉积技术在单晶基底上生长c轴取向的Ca3Co4O9预制薄膜；C、高纯氧气氛围高温退火：将预制薄膜放在管式高温炉中进行退火处理，退火温度为780-820℃、时间为1-2小时，退火时需向管式炉中通入流动的纯度为99.99％的氧气，氧压0.8-1大气压。本方法制备的透明Ca3Co4O9导电薄膜具有高的载流子浓度和较宽的禁带宽度，因而表现出很好的光电性能，如较低的电阻率和较高的可见光透过率，实验结果可重复、工艺稳定性好。
【IPC分类】C23C14-28, C23C14-58, C23C14-06
【公开号】CN104630716
【申请号】CN201510089087
【发明人】孙丽卿, 王淑芳, 闫国英, 傅广生, 李晓苇
【申请人】河北大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月27日