[发明专利]原子层沉积制备Al掺杂ZnO透明导电薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种光电材料技术领域的透明导电薄膜的制备方法，具体是一种原子层沉积制备Al掺杂ZnO透明导电薄膜的方法。

背景技术

近年来，透明导电氧化物(TCO)作为电极材料在光电器件领域得到了广泛应用，包括太阳能电池、平板显示、有机发光二极管(OLEDs)等。铟锡氧化物(ITO)由于其高电导率、高可见光透过率而成为最常用的TCO材料。然而，由于铟稀缺导致ITO价格昂贵，ZnO基透明导电薄膜因其优异的光电学性能及无毒价廉等一系列优势成为人们研究的热点。非掺杂纯ZnO作为透明电极电阻率偏高且在高温下不稳定，可通过掺杂改善其性能，目前被报道的有效掺杂物质主要有：Al、Ga、Zr、F等。其中，Al掺杂ZnO(AZO)被认为是最有潜力代替ITO的材料。

AZO可用多种方法制备，包括磁控溅射、脉冲激光沉积(PLD)、化学气相沉积(CVD)和溶胶-凝胶法。基于微电子技术发展迅猛，电子器件向小尺寸发展，原子层沉积(ALD)开始得到越来越多的关注，因为它既能在表面实现高形态比台阶覆盖和大面积均匀生长，也能精确控制薄膜厚度在原子层级别。

经过对现有技术的检索发现，Banerjee等人在杂志Journal of Applied Physics 2010年108卷第4期文献编号043504发表的《Structural，electrical，and optical properties of atomic layerdeposition Al-doped ZnO films》中提出用ALD方法制备AZO导电薄膜，采用先引入三甲基铝再引入水蒸汽作为Al掺杂循环，但是该现有技术由于Al成分掺杂不均使制备得到的AZO薄膜电阻率偏大，最低为4.4×10^-3Ω·cm。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种原子层沉积制备Al掺杂ZnO透明导电薄膜的方法，制备得到的透明导电薄膜均匀性优异；导电性好，电阻率可低至7.2×10^-4cm；可见光透过率高，可达90％以上。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过将基片加热后依次进行多组复合沉积、每组复合沉积由多次ZnO沉积和Al掺杂沉积组成，得到原子层沉积制备的Al掺杂ZnO透明导电薄膜。

所述的基片为经超声清洗的玻璃。

所述的超声清洗是指：采用异丙醇或去离子水将基片置于超声清洗机中分别超声清洗10min，后用压缩氮气吹干基片表面。

所述的多次ZnO沉积是指：在真空环境下依次用二乙基锌和水蒸汽进行沉积得到ZnO，并反复沉积9～29个循环。

所述的ZnO沉积是指：将沉积室真空抽至10hPa～16hPa后，向沉积室中引入二乙基锌Zn(CH₂CH₃)₂后，用高纯氮气清洗沉积室并向沉积室中引入水蒸汽，沉积得到单层ZnO，沉积结束后再用高纯氮气清洗沉积室，

所述的二乙基锌、高纯氮气和水蒸汽在沉积室内暴露时间依次为0.1s、3s、0.1s、3s。

所述的Al掺杂沉积是指：在真空环境下用二乙基锌、三甲基铝和水蒸汽进行沉积得到Al掺杂，具体步骤包括：将沉积室真空抽至10hPa～16hPa后，向沉积室中引入二乙基锌Zn(CH₂CH₃)₂后，用高纯氮气清洗沉积室并向沉积室中引入三甲基铝Al(CH₃)₃，再用高纯氮气清洗沉积室并向沉积室中引入水蒸汽，从而实现单层Al掺杂沉积，沉积结束最后再用高纯氮气清洗沉积室。

所述的二乙基锌、高纯氮气、三甲基铝和水蒸汽在沉积室内暴露时间依次为0.1s、3s、0.1s、3s、0.1s、3s。

本发明采用原子层沉积方法，利用ZnO良好的光电特性，掺入Al成分，在Al掺杂沉积过程中，采用先引入二乙基锌，再引入三甲基铝的方法，更有利于Al成分的均匀掺杂，形成了Al掺杂ZnO透明导电薄膜，由于Al的掺入，载流子浓度增加，薄膜的导电性能有了很大的提高，且由于原子层沉积为自限制反应，薄膜的均匀性极好。

本发明制备工艺简单，沉积过程易于控制，沉积后的薄膜无需进行热处理。本发明制备的透明导电薄膜均匀性好，光电性能优异，可用于制造太阳能电池、有机发光二极管(OLEDs)等光电器件的透明电极。

附图说明

图1为原子层沉积制备Al掺杂ZnO透明导电薄膜流程图。

图2实施例电压控制示意图；