本发明实施例涉及半导体薄膜制备领域，尤其涉及一种zno透明导电薄膜及其制备方法。
背景技术：
透明导电薄膜材料越来越广泛地应用于平板显示，太阳能电池等行业，为了提高透明导电薄膜材料的导电能力，往往需要对透明导电薄膜进行掺杂处理。
现有技术中，透明导电薄膜主要通过把金属元素掺杂到氧化物中得到，得到的薄膜的厚度一般在150～250nm范围，甚至更厚，这样的厚度对于某些光电子器件来说是很厚的，但是这个厚度对于掺杂型的透明导电薄膜来说已经是极限，进一步减小薄膜厚度其电阻率会急剧增加。
因此，本发明提出了一种具有三明治结构的薄膜及其制备方法，经测试发现，本发明制备的薄膜在薄膜厚度很小的情况下，仍具有较低的电阻率，解决了透明导电薄膜随厚度减少电阻率升高的问题。
技术实现要素：
本发明提供一种一种zno透明导电薄膜及其制备方法，以实现在薄膜厚度很小的情况下，薄膜仍具有较低的电阻率的问题。
本发明实施例提出在石英衬底上制备zno/au/zno薄膜，通过在两层zno薄膜之间掺入一层au元素，制备出了具的薄膜在厚度很小的情况下仍具有较低的电阻率。
第一方面，本发明实施例提供了zno透明导电薄膜，包括：
衬底；
第一类型外延层，位于所述衬底上；
镀au结构层，位于所述第一类型外延层上远离所述衬底的一侧；
第二类型外延层，位于所述镀au结构层上远离所述镀au结构层的一侧。
所述衬底为石英材料；所述第一类型外延层和所述第二类型外延层为zno。
所述第一类型外延层的厚度为20-50nm；
所述镀au结构层的厚度为6nm；
所述第二类型外延层的厚度为15-50nm。
所述薄膜采用激光分子束外延镀膜系统制备。
第二方面，本发明实施例还提供了一种zno透明导电薄膜的制备方法，该方法包括：
提供一种衬底；
在所述衬底上生长第一类型外延层；
位于所述第一类型外延层上远离所述衬底的一侧生长镀au结构层；
在所述镀au结构层上远离所述镀au结构层的一侧，生长第二类型外延层。
所述衬底材料为石英；所述第一类型外延层和所述第二类型外延层为zno。
其特征在于，制备所得到的各膜层的厚度为：
所述第一类型外延层的厚度为20-50nm；
所述镀au结构层的厚度为6nm；
所述第二类型外延层的厚度为15-50nm。
所述的zno基透明导电薄膜采用激光分子束外延法制备。
制备过程包括如下步骤：
清洗衬底，并使用氮气吹干；
将所述衬底置于激光分子束外延镀膜系统的反应室内合适位置处，关闭所述反应室阀门，将设备抽真空至2×10-4pa；
对所述衬底进行加热至500～600℃，在射频离化氧气氛中生长第一类型外延层加热时升温速率为每分钟3～6℃；
将所述衬底温度调至300--～350℃，在射频离化氧气氛中生长镀au结构层，所述射频离化氧气氛分压为5×10-4pa；
将所述衬底进行加热至500～600℃，在射频离化氧气氛中生长第二类型外延层加热时升温速率为每分钟3～6℃，，所述射频离化氧气氛分压为2×10-4pa；将制备所得的薄膜置于700℃下的惰性气体环境中退火1小时。
制备所述第一类外延层和所述第二类外延层选用的靶材是纯度为99.999％的zno材料；制备所述镀au结构层的靶材选用的是为99.999％的au。
本发明实施例通过在石英衬底上制备出了具有三明治结构的zno/au/zno薄膜，通过在两层zno薄膜之间掺入一层镀au结构层，au元素的存在提高了zno薄膜的导电能力，可以保证zno薄膜在较低厚度的情况下，仍具有较高的导电性能，解决了zno薄膜在厚度很小的情况下电阻率较高的问题。
附图说明
图1是本发明实施例一中的zno薄膜的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的zno薄膜的结构图，本实施例可适用于透明导电薄膜的应用领域具体包括：
衬底100；
第一类型外延层101，位于衬底100上；
镀au结构层102，位于第一类型外延层101上远离衬底100的一侧；
第二类型外延层103，位于镀au结构层102上远离镀au结构层102的一侧。
相比纯的zno薄膜，在相同薄膜厚度下，三明治结构的薄膜电阻率要低得多。由于镀au结构层的存在，在三明治结构的薄膜中，金属au中存在大量可以自由运动的电子，当金属和半导体接触时，电子会以几种方式进入半导体：1.热电子发射，当金属中电子在垂直于金属表面的动能大于金属逸出功时，电子会逸出金属表面进入半导体；2.隧穿理论，电子能量小于逸出功，以势垒贯穿的形式进入半导体；3.扩散作用，金属中自由电子的浓度高于半导体，形成浓度梯度，扩散进入半导体。
衬底100为石英材料；第一类型外延层101和第二类型外延层103为zno。
可选地，由于透明导电薄膜需要应用于透明导电的结构中，因此，为保证薄膜的正常应用，可选地，衬底材料为透明材料，例如玻璃和石英。进一步地，由于玻璃材料的熔点较低，在500℃时就开始软化，但实际上，根据经验，在较高的制备温度下制备的薄膜，其性能往往较好，并且，很多时候，为了提高薄膜的结晶性能，需要对薄膜在600-1200℃的不同温度下进行退火处理，显然玻璃衬底无法满足这一需求。因此，优选地，以石英材料作为衬底。
第一类型外延层101的厚度为20-50nm；
镀au结构层102的厚度为6nm；
第二类型外延层103的厚度为15-50nm。
薄膜采用激光分子束外延镀膜系统制备。
本实施例还提供了一种zno透明导电薄膜的制备方法，该方法包括：
提供一种衬底；
在所述衬底上生长第一类型外延层；
位于所述第一类型外延层上远离所述衬底的一侧生长镀au结构层；
在所述镀au结构层上远离所述镀au结构层的一侧，生长第二类型外延层。
所述衬底材料为石英；所述第一类型外延层和所述第二类型外延层为zno。
其特征在于，制备所得到的各膜层的厚度为：
所述第一类型外延层的厚度为20-50nm；
所述镀au结构层的厚度为6nm；
所述第二类型外延层的厚度为15-50nm。
所述的zno基透明导电薄膜采用激光分子束外延法制备。相比其他方法，激光分子束外延法有以下几个显著优点：1.可以人工涉及和建材不同结构具有特殊功能的多层膜或超晶格，可以原位实时精准监控薄膜生长过程，实现原子和分子水平的外延；2.可以原位生长与靶材成分相同化学计量比的薄膜，即可以用单个多元化合物又可以用多个纯元素靶；3.由于激光焰的方向性很强，对系统污染少，可以在一台设备上制备多种材料的薄膜；4.可以选择最佳成膜条件，指导制备高质量的薄膜和开发新型薄膜材料。
zno透明导电薄膜的具体制备过程包括如下步骤：
清洗衬底，并使用氮气吹干；
将所述衬底置于激光分子束外延镀膜系统的反应室内合适位置处，关闭所述反应室阀门，将设备抽真空至2×10-4pa；
对所述衬底进行加热至500～600℃，在射频离化氧气氛中生长第一类型外延层加热时升温速率为每分钟3～6℃；
将所述衬底温度调至300--～350℃，在射频离化氧气氛中生长镀au结构层，所述射频离化氧气氛分压为5×10-4pa；
将所述衬底进行加热至500～600℃，在射频离化氧气氛中生长第二类型外延层加热时升温速率为每分钟3～6℃，，所述射频离化氧气氛分压为2×10-4pa；将制备所得的薄膜置于700℃下的惰性气体环境中退火1小时。
制备所述第一类外延层和所述第二类外延层选用的靶材是纯度为99.999％的zno材料；制备所述镀au结构层的靶材选用的是为99.999％的au。
本实施例的技术方案，通过在透明的石英衬底上制备三明治结构的zno薄膜结构，解决了透明导电薄膜厚度较小时电阻率较大的问题，当薄膜厚度较小时，其光学透过率往往较大，使较薄的zno薄膜也能够同时满足透明和导电的技术效果，扩大了zno薄膜的应用范围。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。