专利名称：H掺fzo透明导电薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及FZO透明导电薄膜及其制备方法，尤其是H掺FZO透明导电薄膜及其制备方法。
背景技术：
透明导电薄膜作为电极材料，在等离子显示器(PDP)、液晶显示器(IXD)、有机发光二极管(OLED)等高质量平板显示器，光伏电池等光电薄膜器件中有着广泛的应用。此外透明导电薄膜也可应用于气敏元件、低辐射镀膜玻璃、红外辐射反射镜、防冰除霜功能玻璃等。目前市场上应用的透明导电薄膜主要是ITO(In2O3 = Sn)和FTO(SnO2 = F)，但是它们中都要用到贵金属Indn是种稀缺资源，导致这两种透明导电薄膜的生产成本较大。因此， 找到一种可以替代它们的高性能透明导电薄膜显得极为必要。ZnO是一种宽带隙(3.3 eV) 化合物半导体材料，具有资源丰富，无毒，价格便宜，热循环稳定性好等优点，是新一代透明导电材料，很有可能成为ITO的替代品。掺杂的ZnO具有良好的光电性能，但这种单层膜形式的透明导电薄膜，其膜电阻较大，辐射率较高，而且在近红外波段反射低、吸收明显，这些缺点限制了在光电器件上的应用。比如以ITO作为平板显示器的透明电极时，其电学性能限制了显示器的分辨率，且使显示器的反应时间、消耗功率难以下降。为了进一步提高透明导电薄膜的光电性能，有研究者提出了在SiO中掺杂H。H的掺入使ZnO薄膜的电学性能有了明显提高，一方面原因可能是H作为浅施主存在于ZnO中， 提高了载流子浓度；另一方面H钝化了薄膜表面和界面处的缺陷等，导致表面吸附氧化物的减少，晶界间势垒高度减小，使迁移率增加。这对研究如何提高ZnO基透明导电薄膜很有指导意义。由此我们设计在FZO中掺H来提高其光电性能。运用磁控溅射沉积法，通过控制氩氢比，溅射功率，沉积温度和时间等生长条件，对薄膜的晶体结构、光电性能和稳定性进行研究，以期得到综合性能优良的透明导电薄膜。磁控溅射沉积法是利用射频(rf)和直流(dc)电源在Ar或Ar-A混合气体产生等离子体，对陶瓷靶或金属靶进行轰击，通过控制分压、衬底温度、靶功率等工艺参数，在各种衬底上生长重复性好、均勻的大面积薄膜。由于溅射离子到达衬底时能量比较大，使膜层和衬底的附着力增强。目前，磁控溅射沉积法是制备aio基透明导电薄膜重要手段之一，由于其能生长大面积薄膜，所以比较适合工业化生产。
发明内容
本发明的目的是制备具有优良光电性能的H掺FZO透明导电薄膜及其制备方法。本发明采用的技术方案为
H掺FZO透明导电薄膜，其特征是衬底上具有一层H掺FZO薄膜层。制备权利要求1所述的H掺FZO透明导电薄膜的方法，其特征是包括以下步骤 1)把掺氟氧化锌靶安装到射频靶头上，掺氟氧化锌靶中氟化锌的摩尔百分含量是1%—
4%，把经清洗的衬底放到衬底架上，靶材与衬底之间的距离为6、cm，生长室真空度抽到 LOXlO-3Pa,以氩气为保护气氛，氢气体积分数是0—洲，调节生长室压强0. 1-2. OPa,射频溅射掺氟氧化锌靶，在衬底上沉积H掺FZO薄膜层，溅射功率在50— 250W，温度为20—
3450 0C ；
所述衬底为硅、蓝宝石、玻璃、石英或柔性衬底。与现有技术相比，本发明的优点在于
本发明通过控制沉积温度、F含量、氢气的体积分数和沉积时间，可以制备不同掺杂浓度的H掺FZO透明导电薄膜，可以实现实时掺杂，在FZO薄膜生长过程中同时实现H掺杂； 掺杂浓度可以通过调节生长温度和氢气的体积分数来控制；制备的H掺FZO透明导电薄膜具有良好的光电性能，同时重复性和稳定性较好；制备本发明提及的H掺FZO透明导电薄膜所使用设备是磁控溅射，可控性强，适于沉积均勻的大面积薄膜。
附图1是本发明方法采用的磁控溅射沉积装置示意图，图中1为Ar气进气管路；2 为H2进气管路；3流量计；4为缓冲室；5为自动压强控制仪；6为真空计；7为真空泵；8为进气管；9为冷却水；10为S枪；11为漏气阀；12为观察镜；13为挡板；14衬底加热器； 附图2是H掺FZO透明导电薄膜的χ射线衍射(XRD)图谱。附图3是H掺FZO透明导电薄膜的光学透射谱。
具体实施例方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步详细说明 实施例1
把掺氟氧化锌靶安装到射频靶头上，掺氟氧化锌靶中氟化锌的摩尔百分含量是洲， 把经清洗的玻璃衬底放到衬底架上，靶材与衬底之间的距离为7 cm，生长室真空度抽到 LOXlO-3Pa,以氩气为保护气氛，氢气的体积分数是0. 4%，调节生长室压强0. 65Pa，射频溅射掺氟氧化锌靶，溅射功率在100W，温度为25°C，生长时间为45min，得到H掺FZO晶体薄膜；
制备得到的H掺FZO透明导电薄膜的χ射线衍射(XRD)图谱见图2 ；光学透射谱见图3，可得到良好的电学性能和光学性能电阻率为9. 3X10—3 Ω ·_，电子迁移率为8.0 emu—1，载流子浓度为4. 33 X IO19 cnT3，可见光平均透射率超过85%。实施例2
把掺氟氧化锌靶安装到射频靶头上，掺氟氧化锌靶中氟化锌的摩尔百分含量是3%， 把经清洗的玻璃衬底放到衬底架上，靶材与衬底之间的距离为7 cm，生长室真空度抽到 LOXlO-3Pa,以氩气为保护气氛，氢气的体积分数是0. 6%，调节生长室压强0. 65Pa，射频溅射掺氟氧化锌靶，溅射功率在100W，温度为250°C，生长时间为45min，得到H掺FZO晶体薄膜；
制备得到的H掺FZO透明导电薄膜具有良好的电学性能和光学性能电阻率为 7. 2X IO"3 Ω ·ο ，电子迁移率为8. 7 cmH—1，载流子浓度为5. 02X IO19 cm_3，可见光平均透射率超过85%。上述实施例仅为本发明的较佳的实施方式，除此之外，本发明还可以有其他实现方式。需要说明的是，在没有脱离本实用新型构思的前提下，任何显而易见的改进和修饰均应落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.H掺FZO透明导电薄膜，其特征在于具有一衬底，衬底上具有一层H掺FZO薄膜层。
2.制备权利要求1所述的H掺FZO透明导电薄膜的方法，其特征在于包括以下步骤 把掺氟氧化锌靶安装到射频靶头上，掺氟氧化锌靶中氟化锌的摩尔百分含量是1%—4%，把经清洗的衬底放到衬底架上，靶材与衬底之间的距离为6、cm，生长室真空度抽到 1.0\10_节 以氩气为保护气氛，氢气体积分数是0. 1— 2%，调节生长室压强0. 1-2. OPaJt 频溅射掺氟氧化锌靶，在衬底上沉积H掺FZO薄膜层，溅射功率在50— 250W，温度为20— 450 "C。
3.根据权利要求2所述的H掺FZO透明导电薄膜的制备方法，其特征在于所述衬底为硅、蓝宝石、玻璃、石英或柔性衬底。
全文摘要
本发明公开了一种H掺FZO透明导电薄膜及其制备方法，在衬底上生长一层H掺FZO薄膜层。其制备是采用射频磁控溅射法。本发明方法所用设备简单，可控性强，制备出来的薄膜光学性能和电学性能优良，重复性好。
文档编号C23C14/08GK102426876SQ20111036671
公开日2012年4月25日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者朱丽萍 申请人:安徽康蓝光电股份有限公司