本发明处于传感器器件技术领域,具体涉及一种基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜及其制备方法。
背景技术
发光二极管简称为led,由含镓(ga)、砷(as)、磷(p)和氮(n)等化合物制成。led可以在电路及仪器中作为指示灯,或者组成文字或数字显示。led具有节能、电压低、运行稳定、使用寿命长、响应时间短、价格实惠和环保等优点,因此广泛应用于各个行业。
为了提高led电流注入的均匀性和效率,通常是在p型gan上面生长一层ito,但ito的电阻较大,会使电流密度降低,此外,ito的成本相对较高,不利于降低成产的成本。
因此,有必要研发一种能有效改善电流分布的均匀性、成本低、具有较高的电流密度的器件和方法。
技术实现要素:
本发明的目的是提供了一种能有效改善电流分布的均匀性、成本低、具有较高的电流密度的器件,有利于提高led的正面出光效率的基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜。
本发明采用的技术方案是:一种基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜,所述基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜包括晶体ag纳米线网格和包裹所述晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜。
优选的,所述晶体ag纳米线网格为由连续线条组成的图案,所述连续线条的长度为20-2000nm。
优选的,所述纳米线网格可以为多边形,例如长方形、正方形、棱形、正多边形等。
优选的,所述晶体ag纳米线网格中,ag纳米线的线宽为50-900nm。更优选的,ag纳米线的线宽为150nm。
本发明还提供了基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜的制备方法,包括以下步骤:
1)在led外延片的p型gan薄膜上旋涂光刻胶,使用预先制备好的金属cr掩膜板进行曝光处理,从而在p型gan薄膜上获得生长晶体ag纳米线网格所需的图案;
2)在p型gan薄膜上沉积30-990nm的ag,随后在真空炉中退火;
3)去除光刻胶,清洗干净,在70-200℃的真空炉中烘干以去除pvp,得到晶体ag纳米线网格;
4)在晶体ag纳米线网格上溅射al掺杂zno颗粒,退火处理,使al掺杂zno颗粒形成薄膜,并完全包裹晶体ag纳米线网格,即得到基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜。
水热法合成ag纳米线时会引入pvp,因此需要将pvp去除。
优选的,步骤1)中,旋涂的光刻胶厚度为0.3-20μm。
步骤1)中,曝光显影的控制的条件为:370nm紫光照射10-60s。
优选的,步骤2)中,采用磁控溅射沉积ag,磁控溅射的条件控制为:沉积温度为室温,溅射功率为250-500w,ar气压为0.01-10pa,真空为0.00001-0.001pa,耙材为99.999%的ag靶。
优选的,步骤2)中,真空炉中退火的温度为100-200℃,退火时间为30-360min。
优选的,步骤4)中,采用磁控溅射或溅射仪在晶体ag纳米线网格上溅射al掺杂zno颗粒,溅射过程的条件控制为:溅射温度为25-200℃,溅射功率为250-500w,ar气压为0.01-10pa,真空为0.00001-0.001pa,所用靶材为掺al5%的zno陶瓷靶,zno纯度为99.95%以上。
优选的,步骤4)中,退火处理的温度为200-400℃,退火时间为30-120min。
本发明还提供了一种led芯片,所述led芯片包括基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜。在该led芯片中,晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜作为电流注入层。
本发明的有益效果是:本发明采用基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜作为led芯片的电流注入层,可以有效改善电流分布的均匀性,电流密度比ito提高10%以上;与ito相比,ag纳米线网格增强al掺杂zno薄膜的厚度减小,成本也显著降低;基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜排列的周期性好,具备一定的光子晶体的功能,有利于提高led的正面出光效率。
附图说明
图1是实施例1制备的基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜的结构示意图。
图2是ito和晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜作为电流注入层的led的光致发光图谱。
具体实施方式
实施例1
一种基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜的制备方法,包括以下步骤:
1)在led外延片的p型gan薄膜上旋涂厚度为0.3μm的光刻胶,使用预先制备好的金属cr掩膜板进行曝光处理(370nm紫光照射10s),从而在p型gan薄膜上获得生长晶体ag纳米线网格所需的图案,纳米线的线宽为50nm,网格为正六边形,其边长为20nm;
2)采用磁控溅射在p型gan薄膜上沉积30nm的ag,随后在真空炉100℃下,退火为30min,其中,磁控溅射的条件控制为:沉积温度为室温,溅射功率为250w,ar气压为0.01pa,真空为0.00001pa,耙材为99.999%的ag靶;
3)去除光刻胶,清洗干净,在70℃的真空炉中烘干以去除pvp,得到晶体ag纳米线网格;
4)采用溅射仪在晶体ag纳米线网格上溅射al掺杂zno颗粒,在200℃下退火处理30min,使al掺杂zno颗粒形成薄膜,并完全包裹晶体ag纳米线网格,即得到基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜,其中,溅射过程的条件控制为:溅射温度为25-200℃,溅射功率为2500w,ar气压为0.01pa,真空为0.00001pa,所用靶材为掺al5%的zno陶瓷靶,zno纯度为99.95%以上。
一种led芯片,所述led芯片包括实施例1制备的基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜。
其中,图1是实施例1制备的基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜的结构示意图。
图2是分别将ito和实施例1制备的晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜作为电流注入层的led的光致发光图谱。由图2可知,以实施例1制备的晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜作为电流注入层,led的强度远高于ito作为电流注入层获得的强度。
实施例2
一种基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜的制备方法,包括以下步骤:
1)在led外延片的p型gan薄膜上旋涂厚度为1μm的光刻胶,使用预先制备好的金属cr掩膜板进行曝光处理(370nm紫光照射20s),从而在p型gan薄膜上获得生长晶体ag纳米线网格所需的图案,纳米线的线宽为80nm,网格为正方形,其边长为100nm;
2)采用磁控溅射在p型gan薄膜上沉积60nm的ag,随后在真空炉120℃下,退火为60min,其中,磁控溅射的条件控制为:沉积温度为室温,溅射功率为300w,ar气压为1pa,真空为0.0001pa,耙材为99.999%的ag靶;
3)去除光刻胶,清洗干净,在100℃的真空炉中烘干以去除pvp,得到晶体ag纳米线网格;
4)采用磁控溅射在晶体ag纳米线网格上溅射al掺杂zno颗粒,在250℃下退火处理40min,使al掺杂zno颗粒形成薄膜,并完全包裹晶体ag纳米线网格,即得到基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜,其中,溅射过程的条件控制为:溅射温度为50℃,溅射功率为300w,ar气压为1pa,真空为0.0001pa,所用靶材为掺al5%的zno陶瓷靶,zno纯度为99.95%以上。
一种led芯片,所述led芯片包括实施例2制备的基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜。
实施例3
一种基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜的制备方法,包括以下步骤:
1)在led外延片的p型gan薄膜上旋涂厚度为5μm的光刻胶,使用预先制备好的金属cr掩膜板进行曝光处理(370nm紫光照射30s),从而在p型gan薄膜上获得生长晶体ag纳米线网格所需的图案,纳米线的线宽为150nm,网格为正五边形,其边长为1500nm;
2)采用磁控溅射在p型gan薄膜上沉积50nm的ag,随后在真空炉150℃下,退火为30min,其中,磁控溅射的条件控制为:沉积温度为室温,溅射功率为300w,ar气压为0.01pa,真空为0.001pa,耙材为99.999%的ag靶;
3)去除光刻胶,清洗干净,在180℃的真空炉中烘干以去除pvp,得到晶体ag纳米线网格;
4)采用磁控溅射在晶体ag纳米线网格上溅射al掺杂zno颗粒,在300℃下退火处理60min,使al掺杂zno颗粒形成薄膜,并完全包裹晶体ag纳米线网格,即得到基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜,其中,溅射过程的条件控制为:溅射温度为25-200℃,溅射功率为300w,ar气压为0.01pa,真空为0.001pa,所用靶材为掺al5%的zno陶瓷靶,zno纯度为99.95%以上。
一种led芯片,所述led芯片包括实施例3制备的基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜。
实施例4
一种基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜的制备方法,包括以下步骤:
1)在led外延片的p型gan薄膜上旋涂厚度为15μm的光刻胶,使用预先制备好的金属cr掩膜板进行曝光处理(370nm紫光照射50s),从而在p型gan薄膜上获得生长晶体ag纳米线网格所需的图案,纳米线的线宽为200nm,网格为三角形,其边长为1000nm;
2)采用磁控溅射在p型gan薄膜上沉积500m的ag,随后在真空炉180℃下,退火为120min,其中,磁控溅射的条件控制为:沉积温度为室温,溅射功率为400w,ar气压为5pa,真空为0.0005pa,耙材为99.999%的ag靶;
3)去除光刻胶,清洗干净,在150℃的真空炉中烘干以去除pvp,得到晶体ag纳米线网格;
4)采用磁控溅射在晶体ag纳米线网格上溅射al掺杂zno颗粒,在300℃下退火处理90min,使al掺杂zno颗粒形成薄膜,并完全包裹晶体ag纳米线网格,即得到基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜,其中,溅射过程的条件控制为:溅射温度为150℃,溅射功率为350w,ar气压为5pa,真空为0.0005pa,所用靶材为掺al5%的zno陶瓷靶,zno纯度为99.95%以上。
一种led芯片,所述led芯片包括实施例4制备的基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜。
实施例5
一种基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜的制备方法,包括以下步骤:
1)在led外延片的p型gan薄膜上旋涂厚度为20μm的光刻胶,使用预先制备好的金属cr掩膜板进行曝光处理(370nm紫光照射60s),从而在p型gan薄膜上获得生长晶体ag纳米线网格所需的图案,纳米线的线宽为600nm,网格为长方形,其边长为2000nm;
2)采用磁控溅射在p型gan薄膜上沉积990nm的ag,随后在真空炉200℃下,退火为360min,其中,磁控溅射的条件控制为:沉积温度为室温,溅射功率为500w,ar气压为10pa,真空为0.001pa,耙材为99.999%的ag靶;
3)去除光刻胶,清洗干净,在200℃的真空炉中烘干以去除pvp,得到晶体ag纳米线网格;
4)采用溅射仪在晶体ag纳米线网格上溅射al掺杂zno颗粒,在400℃下退火处理120min,使al掺杂zno颗粒形成薄膜,并完全包裹晶体ag纳米线网格,即得到基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜,其中,溅射过程的条件控制为:溅射温度为200℃,溅射功率为500w,ar气压为10pa,真空为0.001pa,所用靶材为掺al5%的zno陶瓷靶,zno纯度为99.95%以上。
一种led芯片,所述led芯片包括实施例5制备的基于晶体ag纳米线网格的al掺杂zno薄膜。