透明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NaxCO02透明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NaxCoO^明导电薄膜的制备方法，本方法制备的NaxCoO2透明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NaxCoO2透明导电薄膜的制备方法，其特征在于:制备0.5 < X < 0.8的似1(:002透明导电薄膜的方法步骤中包括:
[0005]Α、陶瓷靶材的制备
[0006]将Co3O4粉末研磨均匀后，压制成型，再利用高温固相反应法烧结得到制备NaxCoO2透明导电薄膜用的Co3O4靶材；
[0007]B、脉冲激光沉积薄膜
[0008]用得到的靶材通过脉冲激光沉积技术在单晶基底上生长c轴取向的CoO以得到预制薄膜；
[0009]C、钠蒸汽氛围退火
[0010]将NaHCO3粉末覆盖在预制薄膜表面，再将预制薄膜置于高温退火炉中进行退火处理，退火温度为700-750°C、时间为1-2小时，这样即可获得c轴取向的NaxCoO2透明导电薄膜。
[0011]所述的烧结是在高温退火炉中进行，炉内温度控制在650-750°C，烧结时间为5_7小时，自然降温至室温，这样重复烧结2-3次。
[0012]所述的Co3O4粉末的纯度为99.99%。
[0013]所述的压制成型采用的是静压成型法。
[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NaxCoO2透明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NaxCO02透明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NaxCoO2透明导电薄膜使用D8型X-射线衍射仪测试后得到的XRD图谱。
[0018]图2是NaxCoO2透明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NaxCoO2透明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NaxCoO2透明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]实施例一、以X = 0.7为例，P型Naa7CoO2透明导电薄膜的制备方法依以下步骤顺序进行:
[0023]A、将纯度为99.99%的高纯Co3O4粉末研磨均匀后，用静压方法压制成型，在700°C的高温退火炉中预烧结6小时，自然降温至室温，这样重复烧结2次，制得沉积所用的Co3O4靶材；
[0024]B、将制得的Co3O4靶材放入PLD腔体，通过脉冲激光沉积，在Al 203基底按照上述参数沉积CoO薄膜；
[0025]C、在钠蒸汽氛围下退火，具体退火过程为:
[0026]将NaHCO3粉末覆盖在预制薄膜表面，将覆盖有NaHCO3的预制薄膜置于高温退火炉中进行退火处理2小时，退火温度750°C，得到沿c轴取向生长的Naa7CoO^明导电薄膜。
[0027]用激光器为308nm的XeCl准分子激光器，XRD测试表明制备的P型Naa 7Co(V薄膜为c轴取向生长，可参见附图1 ;其室温电阻率为1.2m Qcm,可参见附图2 ;可见光平均透过率为37%，可参见附图3 ;光学带隙为2.61eV，可参见附图4。
[0028]实施例二、以X = 0.5为例，P型Naa5CoO2透明导电薄膜的制备方法依以下步骤顺序进行:
[0029]A、将纯度为99.99%的高纯Co3O4粉末研磨均匀后，用静压方法压制成型，在750°C的高温退火炉中预烧结5小时，自然降温至室温，这样重复烧结3次，制得沉积所用的Co3O4靶材；
[0030]B、将制得的Co3O4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CoO薄膜；
[0031]C、在钠蒸汽氛围下退火，具体退火过程为:
[0032]将NaHCO3粉末覆盖在预制薄膜表面，将覆盖有NaHCO3的预制薄膜置于高温退火炉中进行退火处理2小时，退火温度700°C，得到沿c轴取向生长的Naa7CoO^明导电薄膜。
[0033]用激光器为308nm的XeCl准分子激光器，XRD测试表明制备的P型Naa5CoCV薄膜为c轴取向生长，其室温电阻率为1.21mQcm ;可见光平均透过率为37% ;光学带隙为2.63eV0
[0034]实施例三、以X = 0.8为例，P型透明导电薄膜Naa8CoO2的制备方法依以下步骤顺序进行:
[0035]A、将纯度为99.99%的高纯Co3O4粉末研磨均匀后，用静压方法压制成型，在650°C的高温退火炉中预烧结7小时，自然降温至室温，这样重复烧结3次，制得沉积所用的Co3O4靶材；
[0036]B、将制得的Co3O4靶材放入PLD腔体，通过脉冲激光沉积，在SrT1 3基底按照上述参数沉积CoO薄膜；
[0037]C、在钠蒸汽氛围下退火，具体退火过程为:
[0038]将NaHCO3粉末覆盖在预制薄膜表面，将覆盖有NaHCO3的预制薄膜置于高温退火炉中进行退火处理I小时，退火温度750°C，得到沿c轴取向生长的Naa8CoO2透明薄膜。
[0039]用激光器为308nm的XeCl准分子激光器，XRD测试表明制备的P型Naa8CoCV薄膜为c轴取向生长；其室温电阻率为1.2mQcm ;可见光平均透过率为37.2% ;光学带隙为2.62eV0
【主权项】
1.一种P型Na xCo02透明导电薄膜的制备方法，其特征在于:制备0.5彡X彡0.8的NaxCoO2Jt明导电薄膜的方法步骤中包括: A、陶瓷靶材的制备 将Co3O4粉末研磨均匀后，压制成型，再利用高温固相反应法烧结得到制备Na xCoO^明导电薄膜用的Co3O4靶材； B、脉冲激光沉积薄膜 用得到的靶材通过脉冲激光沉积技术在单晶基底上生长c轴取向的CoO以得到预制薄膜； C、钠蒸汽氛围退火 将NaHCO3粉末覆盖在预制薄膜表面，再将预制薄膜置于高温退火炉中进行退火处理，退火温度为700-750°C、时间为1-2小时，这样即可获得c轴取向的NaxCo02透明导电薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种P型NaxCoO2透明导电薄膜的制备方法，其特征在于:所述的烧结是在高温退火炉中进行，炉内温度控制在650-750°C，烧结时间为5-7小时，自然降温至室温，这样重复烧结2-3次。
3.根据权利要求1所述的一种P型NaxCoO2透明导电薄膜的制备方法，其特征在于:所述的Co3O4粉末的纯度为99.99%。
4.根据权利要求1所述的一种P型NaxCoO2透明导电薄膜的制备方法，其特征在于:所述的压制成型采用的是静压成型法。
5.根据权利要求1所述的一种P型NaxCoO2透明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NaxCoO2透明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NaxCoO2透明导电薄膜的制备方法,属于功能薄膜材料技术领域，制备0.5≤x≤0.8的NaxCoO2透明导电薄膜的方法步骤中包括：A、陶瓷靶材的制备：将Co3O4粉末研磨均匀后，压制成型，再利用高温固相反应法烧结得到制备NaxCoO2透明导电薄膜用的Co3O4靶材；B、脉冲激光沉积薄膜：用得到的靶材通过脉冲激光沉积技术在单晶基底上生长c轴取向的CoO以得到预制薄膜；C、钠蒸汽氛围退火，这样即可获得c轴取向的NaxCoO2透明导电薄膜。本方法制备的NaxCoO2透明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, C23C14-08, C23C14-58
【公开号】CN104630717
【申请号】CN201510089089
【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