专利名称：多元复合透明导电薄膜制备方法及其制备的薄膜和应用的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体光电材料制备领域，具体涉及一种多元复合透明导电薄膜的制备方法及其制备的薄膜和应用。
背景技术：
透明导电薄膜是把光学透明性能与导电性能复合在一体的光电材料，由于其具有优异的光电特性，成为近年来的研究热点和前沿课题。虽然氧化铟锡ITOandium-Tin Oxide)薄膜是目前综合光电性能优异、应用最为广泛的一种透明导电薄膜材料，但由于铟有毒，价格昂贵，稳定性差，存在铟扩散导致器件性能衰减等问题，促使人们力图寻找一种价格低廉且性能优异的ITO替换材料。其中，掺铝氧化锌(Al-doped SiO，简称AZO薄膜) 以及掺锑氧化锡(Sb-CbpedSnO2，简称ATO薄膜)具有与ITO相比拟的电学和光学性能等特点，同时其材料廉价，无毒，已成为最具竞争力的透明导电薄膜材料。但AZO薄膜存在表面和晶粒间界氧吸附导致电学性能下降的问题，而ATO在这方面正好可以弥补AZO的缺点。但研究表明，ATO又存在电阻过高，难以刻蚀的等问题。二者的这些缺点，限制了它们的应用范围。
发明内容
本发明实施例提供一种多元复合透明导电薄膜的制备方法及其制备的薄膜和应用，旨在解决现有技术中透明导电薄膜电学性能不稳定以及电阻高的问题。本发明实施例是这样实现的，第一方面提供一种多元复合透明导电薄膜的制备方法，其包括如下步骤AZO靶材的制备将Al2O3和ZnO粉体混合，烧结作为靶材，所述Al2O3与SiO的摩尔量比为1/120 1/35 ；ATO靶材的制备将Sb2O3和SnA粉体混合，烧结作为靶材，所述SId2O3与SnA的摩尔量比为1/9 1/4 ；薄膜的沉积将所述AZO靶材和ATO靶材装入磁控溅射腔体内，抽真空，设置衬底温度为500°C 800°C，惰性气体流量为15sccm 25sccm，压强为0. 21 1. 6Pa，AZO靶位和ATO靶位的溅射功率为60W 160W，沉积时间为40min MOmin。本发明实施例的另一目的在于提供上述多元复合透明导电薄膜的制备方法获得的透明导电薄膜。本发明实施例的另一目的在于提供采用上述多元复合透明导电薄膜的制备方法获得的透明导电薄膜在半导体光电器件中的应用。本发明实施例以AZO和ATO为靶材，采用磁控溅射法，得到多元复合的透明导电薄膜，其具有沉积速率高、衬底温度相对较低、薄膜附着性好、易控制并能实现大面积沉积等优点，此外，通过调节AZO与ATO复合薄膜的制备工艺，得到光学透明性好、导电性能高且稳定的薄膜。
图1是本发明实施例的多元复合透明导电薄膜的制备方法的流程图；图2是本发明实施例1 5的多元复合透明导电薄膜的在紫外-可见光下的透光率；图3是本发明实施例1 5的多元复合透明导电薄膜的电阻率与ATO溅射功率的变化曲线图；图4是本发明实施例4的多元复合透明导电薄膜的电阻变化率与温度的变化关系图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。请参阅图1，示出本发明实施例的一种多元复合透明导电薄膜的制备方法，其包括如下步骤本发明实施例是这样实现的，第一方面提供一种多元复合透明导电薄膜的制备方法，其包括如下步骤SOl =AZO靶材的制备将Al2O3和ZnO粉体混合，烧结作为靶材，所述Al2O3与SiO 的摩尔量比为1/120 1/35 ；S02 =ATO靶材的制备将SId2O3和SnA粉体混合，烧结作为靶材，所述SID2O3与SnA 的摩尔量比为1/9 1/4 ；S03 薄膜的沉积将所述AZO靶材和ATO靶材装入磁控溅射腔体内，抽真空，设置衬底温度为500°C 800°C，惰性气体流量为15sccm 25sccm，压强为0. 2Pa 1. 6Pa，AZ0 靶位和ATO靶位的溅射功率为60W 160W，沉积时间为40min MOmin。 步骤SOl中，将Al2O3和SiO粉体混合混合均勻，例如在1000°C 1200°C温度下烧结，得到AZO陶瓷靶材。优选地，Al2O3与SiO的摩尔量比为1/90 1/50，在本发明一个优选实施例中，AZO靶材选用Al2O3和ZnO粉体的摩尔量比为1/60 ；步骤S02中，将Sb2O3和SnA粉体混合混合均勻，例如在1000°C 1200°C温度下烧结，得到ATO陶瓷靶材。优选地，Sb2O3与SnA的摩尔量比为1/9 1/4，在本发明一个优选实施例中，ATO靶材选用SId2O3和SnA粉体的摩尔量比为3/17 ；步骤S03中，衬底可以为石英衬底、蓝宝石衬底等常用衬底。使用前用丙酮、无水乙醇和去离子水超声洗涤，并用高纯氮气吹干。优选地，衬底的温度加热到600°C 750°C， 更优选地，衬底加热到温度为650°C 700°C，此温度有利于提高AZO和ATO复合薄膜的物理性能。靶材与衬底的距离优选为60 90mm。衬底高温加热可以得到结晶更好的多元复合薄膜，同时也可以避免后续退火等处理步骤。而且，退火处理还会造成薄膜的分相。对于磁控溅射方法制备薄膜，为了得到晶粒大、结晶好的薄膜通常需要较大的溅射功率和较长的生长时间。但是对于多元体系，由于AZO和ATO结构存在一定差异，其复合薄膜很容易出现缺陷，结晶质量不好，因此，需要选择合适的工艺参数避免此类问题的产生尤为关键。通过调节AZO和ATO的溅射功率，改变沉积后薄膜的成分，能够获得性能优异的透明导电材料。 工艺参数的设置优选为惰性气体流量为15sCCm 25SCCm，压强为0. 8Pa 1. 2Pa,AZ0靶位和ATO靶位的溅射功率为60W 160W，沉积时间为80min 120min。更优选的，所述AZO 靶材的溅射功率为90W 110W，所述ATO靶材的溅射功率为IlOW 130W。本发明实施例还提供一种采用所述的多元复合透明导电薄膜的制备方法制备的薄膜，其电阻率为2. 0Χ1(Γ2Ω · cm 8. 2Χ1(Γ4Ω · cm，在200°C以下的变化小于15%，达到商用指标。以及采用所述方法在制备半导体光电领域中的应用，主要是在透明加热元件、抗静电、电磁波防护膜、太阳能之透明电极的应用。本发明实施例提供的多元复合透明导电薄膜的制备方法，采用的靶材是AZO和 ATO复合靶材，通过调整靶材中各成份的配比，以及靶材的溅射功率及其他工艺参数，得结晶质量好、电阻率低、导电性能稳定的透明导电薄膜。以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述实施例1 选用Al2O3 ZnO = 1 60 (摩尔比)粉体，以及 Sb2O3 SnO2 = 3 17(摩尔比)粉体，分别经过均勻混合后，烧结成Φ60Χ2πιπι的两个陶瓷靶材，并将靶材装入真空腔体内。然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗石英衬底，并用高纯氮气吹干，放入真空腔体。把靶材和衬底的距离设定为90mm。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到 6. OX 10_4Pa，衬底温度升到650°C，通入20sCCm的氩气，压强调节为1. OPa0开始薄膜的沉积，其中AZO靶位的溅射功率设定为100W，ATO靶位的功率设定为60W，沉积时间为120min。实施例2 选用Al2O3 ZnO = 1 60 (摩尔比)粉体，以及 Sb2O3 SnO2 = 3 17(摩尔比)粉体，分别经过均勻混合后，烧结成两个Φ60Χ2πιπι的陶瓷靶材，并将靶材装入真空腔体内。然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗石英衬底，并用高纯氮气吹干，放入真空腔体。把靶材和衬底的距离设定为90mm。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到 6. OX 10_4Pa，衬底温度升到650°C，通入20sCCm的氩气，压强调节为1. OPa0开始薄膜的沉积，其中AZO靶位的溅射功率设定为100W，ATO靶位的功率设定为80W，沉积时间为120min。实施例3 选用Al2O3 ZnO = 1 60 (摩尔比)粉体，以及 Sb2O3 SnO2 = 3 17(摩尔比)粉体，分别经过均勻混合后，烧结成两个Φ60Χ2πιπι的陶瓷靶材，并将靶材装入真空腔体内。然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗石英衬底，并用高纯氮气吹干， 放入真空腔体。把靶材和衬底的距离设定为90mm。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到6. OX 10_4Pa，衬底温度升到650°C，通入20sCCm的氩气，压强调节为1. OPa0开始薄膜的沉积，其中AZO靶位的溅射功率设定为100W，ATO靶位的功率设定为100W，沉积时间为 120mino实施例4 选用Al2O3 ZnO = 1 60 (摩尔比)粉体，以及 Sb2O3 SnO2 = 3 17(摩尔比)粉体，分别经过均勻混合后，烧结成两个Φ60Χ2πιπι的陶瓷靶材，并将靶材装入真空腔体内。然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗石英衬底，并用高纯氮气吹干，放入真空腔体。把靶材和衬底的距离设定为90mm。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到6. OX 10_4Pa，衬底温度升到650°C，通入20sCCm的氩气，压强调节为1. OPa0开始薄膜的沉积，其中AZO靶位的溅射功率设定为100W，ATO靶位的功率设定为120W，沉积时间为 120mino实施例5 选用Al2O3 ZnO = 1 60 (摩尔比)粉体，以及 Sb2O3 SnO2 = 3 17(摩尔比)粉体，分别经过均勻混合后，烧结成两个Φ60Χ2πιπι的陶瓷靶材，并将靶材装入真空腔体内。然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗石英衬底，并用高纯氮气吹干， 放入真空腔体。把靶材和衬底的距离设定为90mm。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到6. OX 10_4Pa，衬底温度升到650°C，通入20sCCm的氩气，压强调节为1. OPa0开始薄膜的沉积，其中AZO靶位的溅射功率设定为100W，ATO靶位的功率设定为140W，沉积时间为 120mino实施例6 选用Al2O3 ZnO = 1 90 (摩尔比)粉体，以及 Sb2O3 SnO2 = 1 5(摩尔比)粉体，分别经过均勻混合后，烧结成两个Φ60Χ2πιπι的陶瓷靶材，并将靶材装入真空腔体内。然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗石英衬底，并用高纯氮气吹干， 放入真空腔体。把靶材和衬底的距离设定为90mm。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到6. OX 10_4Pa，衬底温度升到650°C，通入20sCCm的氩气，压强调节为1. OPa0开始薄膜的沉积，其中AZO靶位的溅射功率设定为100W，ATO靶位的功率设定为120W，沉积时间为 120mino实施例7 选用Al2O3 ZnO = 1 100 (摩尔比)粉体，以及 Sb2O3 SnO2 = 1 7(摩尔比)粉体，分别经过均勻混合后，烧结成两个Φ60Χ2πιπι的陶瓷靶材，并将靶材装入真空腔体内。然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗石英衬底，并用高纯氮气吹干， 放入真空腔体。把靶材和衬底的距离设定为90mm。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到6. OX 10_4Pa，衬底温度升到650°C，通入20sCCm的氩气，压强调节为1. OPa0开始薄膜的沉积，其中AZO靶位的溅射功率设定为100W，ATO靶位的功率设定为120W，沉积时间为 120mino图2是本发明实施例1 5制备的多元复合透明导电薄膜在紫外-可见光下的透光率。所有样品在可见光区的平均透过率均大于85%。图3是本发明实施例1 5制备的多元复合透明导电薄膜的电阻率与ATO溅射功率的变化曲线图，从图中可以得出，其电阻率为2. 0 X Kr2 Ω · cm 8. 2 X 1(Γ4 Ω · cm，当AZO靶位的溅射功率100W，ATO靶位的溅射功率为120W时，即本发明实施例4得到的多元复合透明导电薄膜，得到的多元复合透明导电薄膜的电阻率最低，为8.2Χ10_4Ω ·_。而且，实施例4得到的多元复合透明导电薄膜稳定性好，通过50°C 350°C加热后电阻率的研究表明，当加热温度低于200°C时，电阻率变化小于15% (见图4)。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种多元复合透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 AZO靶材的制备将Al2O3和ZnO粉体混合，烧结作为靶材，所述Al2O3与SiO的摩尔量比为 1/120 1/35 ；ATO靶材的制备将Sb2O3和SnA粉体混合，烧结作为靶材，所述Sb2O3与SnA的摩尔量比为1/9 1/4 ；薄膜的沉积将所述AZO靶材和ATO靶材装入磁控溅射腔体内，抽真空，设置衬底温度为500°C 800°C，惰性气体流量为Msccm 2kccm，压强为0. 2Pa 1. 6Pa, AZO靴位和 ATO靶位的溅射功率为60W 160W，沉积时间为40min MOmin。
2.如权利要求1所述的多元复合透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述Al2O3与 ZnO的摩尔量比为1/90 1/50。
3.如权利要求1所述的多元复合透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述Sb2O3与 SnO2的摩尔量比为1/7 1/5。
4.如权利要求1所述的多元复合透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述衬底温度为 600°C 750°C。
5.如权利要求1所述的多元复合透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述AZO靶材的溅射功率为90W 110W，所述ATO靶材的溅射功率为IlOW 130W。
6.如权利要求1所述的多元复合透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述压强为 0. 8Pa 1. 2Pa。
7.如权利要求1所述的多元复合透明导电薄膜的制备方法的制备方法，其特征在于， 所述溅射沉积生长时间为80min IOOmin。
8.如权利要求1 7任一所述的多元复合透明导电薄膜的制备方法获得的透明导电薄膜。
9.如权利要求8所述的多元复合透明导电薄膜，其特征在于，所述透明导电薄膜的电阻率为2. 0Χ1(Γ2Ω · cm 8. 2Χ1(Γ4Ω · cm，所述电阻率在200°C以下的变化小于15%。
10.如权利要求8所述的多元复合透明导电薄膜在半导体光电器件中的应用。
全文摘要
本发明涉及半导体材料制备领域，提供一种多元复合透明导电薄膜的制备方法及其制备的薄膜和应用，其方法包括如下步骤AZO靶材的制备，将Al2O3和ZnO粉体混合，烧结作为靶材，所述Al2O3与ZnO的摩尔量比为1/120～1/35；ATO靶材的制备，将Sb2O3和SnO2粉体混合，烧结作为靶材，所述Sb2O3与SnO2的摩尔量比为1/9～1/4；薄膜的沉积，将所述AZO靶材和ATO靶材装入磁控溅射腔体内，抽真空，设置衬底温度为500℃～800℃，惰性气体流量为15sccm～25sccm，压强为0.2Pa～1.6Pa，AZO靶位和ATO靶位的溅射功率为60W～160W，沉积时间为40min～240min。
文档编号C23C14/08GK102465271SQ20101054403
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月15日 优先权日2010年11月15日
发明者周明杰, 王平, 陈吉星, 黄辉 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司