专利名称：一种铝掺杂氧化锌透明导电薄膜电阻率调控的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铝掺杂氧化锌透明导电薄膜电阻率调控的制备方法，属于透明导电薄膜制备方法，具体是通过选择不同真空度退火和控制循环次数来调控掺铝氧化锌透明导电薄膜电阻率。
背景技术：
透明导电薄膜(TCO)在平面显示、电磁防护屏、热镜及太阳能电池等领域有着广泛的应用，在以上的运用中，需要的电阻率各不相同。铝掺杂氧化锌透明导电薄膜具有ai 价格低廉、无毒环保等优点，其性能成为了国内外研究的热点。目前铝掺杂氧化锌薄膜的制备方法多为磁控溅射法，物理气相沉积、化学气相沉积法等，虽然可以得到电阻率较低的薄膜，但是制备需要的设备昂贵，不适于大面积制备，且电阻率不好调控。溶胶-凝胶法制备薄膜，具有操作简单高效、成本低廉、易于工业化，本发明对溶胶-凝胶法制得的薄膜，通过改善后续的真空退火工艺，在降低透明导电薄膜电阻率的基础上实现对透明导电薄膜的电阻率进行调控。
发明内容
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种铝掺杂氧化锌透明导电薄膜电阻率调控的制备方法，提供一种调控溶胶-凝胶法制备的掺铝氧化锌透明导电薄膜电阻率的方法，实现有效调控铝掺杂氧化锌透明导电薄膜的电阻率，控制电阻率的高低变化，调控幅度1. 5 Ω cm且制备工艺简单易操作。技术方案一种铝掺杂氧化锌透明导电薄膜电阻率调控的制备方法，其特征在于步骤如下步骤1制备铝掺杂氧化锌溶胶以ZnAc2 · 2H20和Al (NO3) 3 · 9H20为原料，乙二醇甲醚为溶剂，乙醇胺为稳定剂，Al元素占总金属元素的摩尔百分比范围为0-2. 5at. %,总金属离子和乙醇胺的摩尔比为1 1，配制浓度为0.75mol/L的溶胶；将原料按照以上配比溶于50ml溶剂中，在60°C下搅拌2小时得到透明的溶胶，该溶胶在室温下于空气中静置M 小时，以备镀膜；步骤2清洗玻璃衬底将玻璃衬底依次用洗涤剂、稀盐酸、去离子水、丙酮、乙醇各自先浸泡1小时，然后超声波清洗15分钟，并将洗好的玻璃衬底放入乙醇中以备用；步骤3镀制薄膜将玻璃衬底烘干然后浸入步骤1制得的铝掺杂氧化锌溶胶中，采用垂直提拉镀膜法以3-5厘米/分钟的速度提拉得到凝胶膜，经过100°C干燥、于 2500C -50(TC温度下预烧，再冷却至室温；重复本提拉过程后进行镀膜直至所需厚度，然后将制得的凝胶薄膜于空气中250°C _550°C退火1-4小时，得到铝掺杂氧化锌薄膜；步骤4铝掺杂氧化锌薄膜电阻率的调制将得到的铝掺杂氧化锌薄膜先于10-1 低真空550°C退火1-4小时，然后将其置于高真空度于550°C退火处理1_4小时，观察铝掺杂氧化锌薄膜电阻率的变化，并根据所要达到的电阻率选择循环真空退火的次数。有益效果本发明提出的一种铝掺杂氧化锌透明导电薄膜电阻率调控的制备方法，采用溶胶-凝胶浸渍提拉法镀膜，通过对薄膜烘干、预烧、真空退火后制备了不同铝元素掺杂摩尔含量(0-2. 5at. % )的氧化锌薄膜，在此基础上，本发明对制得的薄膜经过循环退火过程进行电阻率的调控，具体包括选择不同真空度下退火，以及控制低真空-高真空循环退火的次数，实现有效调控铝掺杂氧化锌透明导电薄膜的电阻率，控制电阻率的高低变化，调控幅度1. 5 Ω cm且制备工艺简单易操作。本发明操作简单高效，成本低廉，易于实现工业化，可以广泛的应用在导电薄膜的电阻率的调控方面，进而满足实际需求。
图1 ；本发明采用三次循环真空退火的处理得到的铝掺杂氧化锌薄膜的退火流程图；图2 本发明不同真空度退火处理铝掺杂氧化锌薄膜的电阻率变化图(ZnO)；图3 本发明不同真空度退火处理铝掺杂氧化锌薄膜的电阻率变化图(Al掺杂量为 0. 5at. % )；图4 本发明不同真空度退火处理铝掺杂氧化锌薄膜的电阻率变化图(Al掺杂量为 2. 5at. % )；图5 多次循环退火后ZAO薄膜的XRD图(Al掺杂量为0_2. 5at. % )。
具体实施例方式现结合实施例、附图对本发明作进一步描述实施例1 以ZnAc2 · 2H20,乙二醇甲醚为溶剂，乙醇胺为稳定剂，溶胶的浓度为0. 75mol/L, 总金属离子和乙醇胺的摩尔比为1 1，将原料按照以上配比溶于50ml溶剂中，在60°C下搅拌2小时得到透明稳定的溶胶，该溶胶在室温下于空气中静置M小时。采用浸渍提拉镀膜法在洁净干燥的玻璃衬底上以4厘米/分钟的速度缓慢提拉得到凝胶薄膜。该凝胶薄膜在100°C干燥10分钟，500°C温度下预烧10分钟，再冷却至室温后，完成单层凝胶薄膜制备。在单层凝胶薄膜的基础上，重复浸渍提拉镀膜法获得多层凝胶薄膜，直至达到所需的薄膜厚度。然后将制得的凝胶薄膜在550°C空气中退火1小时，将得到的ZAO薄膜依次在低 (5Pa)真空于550°C和高真空度(5X I(T2Pa)于550°C分别退火1小时，完成一次循环真空退火。重复此循环真空退火3次，完成凝胶薄膜制备。如图5所示，X射线衍射证明样品显示具有C轴取向，霍尔效应测试仪测试结果显示该样品的电阻率在1. 2X ΙΟ—1 Ω cm到7. 3X ΙΟ—1 Ω cm可调，已经实验验证且测试结果如图 2所示。实施例2 以ZnAc2 · 2H20和AlAc3 · 9H20为原料，乙二醇甲醚为溶剂，乙醇胺为稳定剂，溶胶的浓度为0. 75mol/L，铝元素占总金属元素的摩尔含量为0. 5at. %，总金属离子和乙醇胺的摩尔比为1 1，将原料按照以上配比溶于50ml溶剂中，在60°C下搅拌2小时得到透明稳定的溶胶，该溶胶在室温下于空气中静置M小时。采用浸渍提拉镀膜法在洁净干燥的玻璃衬底上以4厘米/分钟的速度缓慢提拉得到凝胶薄膜。该凝胶薄膜在100°C干燥10分钟，500°C温度下预烧10分钟，再冷却至室温后，完成单层凝胶薄膜制备。在单层凝胶薄膜的基础上，重复浸渍提拉镀膜法获得多层凝胶薄膜，直至达到所需的薄膜厚度。然后将制得的凝胶薄膜在^(TC空气中退火1小时，将得到的ZAO薄膜依次在低(5Pa)真空于550°C和高真空度(5X10_2Pa)于550°C分别退火1小时，完成一次循环真空退火。重复此循环真空退火3次，完成凝胶薄膜制备。如图5所示，X射线衍射证明样品显示具有C轴取向，霍尔效应测试仪测试结果显示该样品的电阻率在3. 3 X 10_2 Ω cm到4. 8 X 10_2 Ω cm可调，且已经实验验证如图3所示。实施例3 以ZnAc2 · 2H20和Al (NO3)3 · 9H20为原料，乙二醇甲醚为溶剂，乙醇胺为稳定剂，溶胶的浓度为0. 75mol/L，铝元素占总金属元素的摩尔含量为2. 5at. %，总金属离子和乙醇胺的摩尔比为1 1，将原料按照以上配比溶于50ml溶剂中，在60°C下搅拌2小时得到透明稳定的溶胶，该溶胶在室温下于空气中静置M小时。采用浸渍提拉镀膜法在洁净干燥的玻璃衬底上以4厘米/分钟的速度缓慢提拉得到凝胶薄膜。该凝胶薄膜在100°C干燥10分钟，500°C温度下预烧10分钟，再冷却至室温后，完成单层凝胶薄膜制备。在单层凝胶薄膜的基础上，重复浸渍提拉镀膜法获得多层凝胶薄膜，直至达到所需的薄膜厚度。然后将制得的凝胶薄膜在^(TC空气中退火1小时，将得到的ZAO薄膜依次在低真空度(5Pa)于550°C 和高真空度(5X10_2Pa)于550°C分别退火1小时，完成一次循环真空退火。重复此循环真空退火3次，完成凝胶薄膜制备。如图5所示，X射线衍射证明样品显示具有C轴取向，霍尔效应测试仪测试结果显示该样品的电阻率在2. 8X 10_2 Ω cm到1. 5X IO"1 Ω cm可调，已经实验验证，如图4所示。
权利要求
1. 一种铝掺杂氧化锌透明导电薄膜电阻率调控的制备方法，其特征在于步骤如下 步骤1制备铝掺杂氧化锌溶胶以ZnAc2 · 2H20和Al (NO3) 3 · 9H20为原料，乙二醇甲醚为溶剂，乙醇胺为稳定剂，Al元素占总金属元素的摩尔百分比范围为0-2. 5at. %，总金属离子和乙醇胺的摩尔比为1 1，配制浓度为0.75mol/L的溶胶；将原料按照以上配比溶于 50ml溶剂中，在60°C下搅拌2小时得到透明的溶胶，该溶胶在室温下于空气中静置M小时，以备镀膜；步骤2清洗玻璃衬底将玻璃衬底依次用洗涤剂、稀盐酸、去离子水、丙酮、乙醇各自先浸泡1小时，然后超声波清洗15分钟，并将洗好的玻璃衬底放入乙醇中以备用；步骤3镀制薄膜将玻璃衬底烘干然后浸入步骤1制得的铝掺杂氧化锌溶胶中，采用垂直提拉镀膜法以3-5厘米/分钟的速度提拉得到凝胶膜，经过100°C干燥、于250°C -500°C 温度下预烧，再冷却至室温；重复本提拉过程后进行镀膜直至所需厚度，然后将制得的凝胶薄膜于空气中250°C -550°C退火1-4小时，得到铝掺杂氧化锌薄膜；步骤4铝掺杂氧化锌薄膜电阻率的调制将得到的铝掺杂氧化锌薄膜先于10-1 低真空550°C退火1-4小时，然后将其置于高真空度于550°C退火处理1_4小时，观察铝掺杂氧化锌薄膜电阻率的变化，并根据所要达到的电阻率选择循环真空退火的次数。
全文摘要
本发明涉及一种铝掺杂氧化锌透明导电薄膜电阻率调控的制备方法，其特征在于采用溶胶-凝胶浸渍提拉法镀膜，通过对薄膜烘干、预烧、真空退火后制备了不同铝元素掺杂摩尔含量(0-2.5at.％)的氧化锌薄膜，在此基础上，本发明对制得的薄膜经过循环退火过程进行电阻率的调控，具体包括选择不同真空度下退火，以及控制低真空-高真空循环退火的次数，实现有效调控铝掺杂氧化锌透明导电薄膜的电阻率，控制电阻率的高低变化，调控幅度1.5Ωcm且制备工艺简单易操作。
文档编号H01B13/00GK102412018SQ201110332789
公开日2012年4月11日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者刘金铭, 段利兵, 谢海燕, 赵小如 申请人:西北工业大学