一种铝掺杂氧化锌薄膜的制备方法

文档序号:8426277阅读:660来源:国知局
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
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