一种铝掺杂氧化锌薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及原子层沉积技术领域，具体涉及一种铝掺杂氧化锌薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着薄膜太阳能电池及液晶显示器的大规模应用与普及，作为其透明电极的铟掺 杂氧化锡（IT0)透明导电薄膜进入实用化阶段，IT0薄膜同时具有较低的电阻率与高的可 见光透射率，并具有良好的稳定性，是透明导电薄膜的首选材料，但铟属于贵金属元素，其 原料价格随着近些年的大规模开采与使用逐年提升，导致IT0成本居高不下。铝掺杂氧化 锌薄膜（AZ0)以其接近IT0薄膜的光学电学性能与极其低廉的成本，成为替代IT0薄膜作为 透明电极的最优选择。原子层沉积技术(ALD)作为近几年兴起的化学气相薄膜沉积技术， 其优点为优秀的保形性与均匀性，原子级别的厚度控制，较低的生长温度而成为在结构表 面或制备大面积薄膜的理想选择，也是制备大面积AZ0薄膜的理想薄膜生长技术之一。但 是现有技术中，由于ALD特有的自限制生长模式与分层掺杂方式造成A1原子不能弥散的分 布在ZnO基体中，而导致其电阻率始终偏高。虽然退火过程可使其A1原子均匀化后其电阻 率降低，但退火过程温度普遍较高(大于300°C )，无疑不适用于柔性衬底，也使得ALD的低 温沉积优势损失殆尽。
【发明内容】
[0003] 本发明为了解决现有技术中AZ0薄膜电阻率较高且A1原子不均匀的技术问题，提 供一种铝掺杂氧化锌薄膜的制备方法，可以降低AZ0薄膜电阻率，提高A1原子在ZnO基底 的弥散分布状态。
[0004] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0005] -种铝掺杂氧化锌薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤（1)，向原子层沉积设备的反应腔室中通入含锌前驱体，与衬底发生化学吸 附；
[0007] 步骤（2)，向所述反应腔室中通入含氧前驱体，使所述衬底吸附的含锌前驱体与所 述含氧前驱体发生反应，形成一层ZnO原子层沉积薄膜；
[0008] 步骤（3)，循环所述步骤（1)和（2) n次，得到所需厚度的ZnO薄膜；
[0009] 步骤（4)，向所述反应腔室中通入所述含锌前驱体，与所述ZnO薄膜发生化学吸 附；
[0010] 步骤（5)，向所述反应腔室中通入含铝前驱体，使所述含铝前驱体取代所述ZnO薄 膜表面吸附的部分含锌前驱体，形成弥散分布的A1掺杂结构；
[0011] 步骤（6)，向所述反应腔室中通入所述含氧前驱体，所述含氧前驱体与所述ZnO薄 膜表面的含锌前驱体和含铝前驱体发生反应形成掺杂层；
[0012] 步骤（7)，循环所述步骤（1)- (6) m次，得到所需厚度的AZ0薄膜。
[0013] 进一步地，所述制备方法还包括：在每次向所述反应腔室通入前驱体进行反应后， 向所述反应腔室通入惰性气体进行清洗，清除所述反应腔室内未反应的残余气体。
[0014] 进一步地，所述制备方法还包括：在所述步骤（1)之前，对衬底进行预处理，并将 所述衬底放置于所述原子层沉积设备的反应腔室中；
[0015] 所述对衬底进行预处理具体包括：采用丙酮溶液超声清洗所述衬底30min，再采 用去离子水超声清洗所述衬底30min，最后用高纯氮气吹干所述衬底。
[0016] 进一步地，所述制备方法还包括：在所述步骤（1)之前，将所述反应腔室抽真空， 调整所述原子层沉积设备的工艺参数进入预设值范围；
[0017] 所述工艺参数包括：薄膜生长温度范围为室温~400°C，本底压强小于l(T3t 〇rr、 工艺压强范围l(T3t〇rr~lOtorr，气体流量范围Osccm~lOOOsccm，各前驱体剂量范围为 8ms~10 4ms，载气吹扫时间为2s~100, A1元素掺杂比例范围为0. 1%~10%。
[0018] 进一步地，所述A1元素掺杂比例范围为0. 1%~10%，是根据原子层沉积循环比，即 n与m的比值，控制AZ0薄膜中A1元素与Zn元素的含量，进而控制A1元素掺杂比例。
[0019] 进一步地，所述含锌前驱体为ZnCl2、ZnMe2、ZnEt 2、Zn (CH3C00) 2，所述含铝前驱体 为AlCl3、AlMe3、AlMe 2Cl、AlEt3、Al (OEt) 3，所述含氧前驱体种类包括H20、02/Ar等离子体、 03。
[0020] 进一步地，所述制备方法还包括：在所述步骤（7)之后，向所述反应腔室内通入高 纯载气使所述反应腔室内部压强与大气压相等，然后取出沉积AZ0薄膜的衬底。
[0021] 与现有技术方案相比，本发明采用的技术方案产生的有益效果如下：
[0022] 本发明在沉积过程中引入更多的A1循环，并通过A1原子置换Zn原子，可以弥散 分布于ZnO基体中，从而减少了 A10x团簇的产生，使AZ0薄膜的载流子迁移率与载流子密 度都有所提高，最终降低其电阻率，从而提高AZ0薄膜的电学性能。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明实施例提供的铝掺杂氧化锌薄膜的制备方法的工艺流程图；
[0024] 图2为本发明实施例提供的AZ0薄膜中A1原子掺杂方式的示意图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。
[0026] 如图1所示，本发明实施例提供一种铝掺杂氧化锌薄膜的制备方法，具体包括如 下步骤：
[0027] 步骤101，向原子层沉积设备的反应腔室中通入含锌前驱体，与衬底发生化学吸 附；
[0028] 步骤102,向所述反应腔室通入惰性气体进行清洗，清除所述反应腔室内未反应的 残余气体；
[0029] 步骤103,向所述反应腔室中通入含氧前驱体，使所述衬底吸附的含锌前驱体与所 述含氧前驱体发生反应，形成一层ZnO原子层沉积薄膜；
[0030] 步骤104,向所述反应腔室通入惰性气体进行清洗，清除所述反应腔室内未反应的 残余气体；
[0031] 步骤105,循环所述步骤101-104n次，得到所需厚度的ZnO薄膜；
[0032] 步骤106,向所述反应腔室中通入所述含锌前驱体，与所述ZnO薄膜发生化学吸 附；
[0033] 步骤107,向所述反应腔室通入惰性气体进行清洗，清除所述反应腔室内未反应的 残余气体；
[0034] 步骤108,向所述反应腔室中通入含铝前驱体，使所述含铝前驱体取代所述ZnO薄 膜表面吸附的部分含锌前驱体，形成弥散分布的A1掺杂结构；
[0035] 步骤109,向所述反应腔室通入惰性气体进行清洗，清除所述反应腔室内未反应的 残余气体；
[0036] 步骤110,向所述反应腔室中通入所述含氧前驱体