[发明专利]一种掺镓氧化锌薄膜的制备方法及其制备的薄膜和应用

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电材料制备领域，具体涉及一种掺镓氧化锌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ITO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，但是铟有毒，价格昂贵，稳定性差，在氢等离子体气氛中容易被还原等问题，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，掺镓氧化锌(Ga-doped ZnO，简称GZO薄膜)具有材料廉价，无毒，可以同ITO相比拟的电学和光学性能等特点，已成为最具竞争力的透明导电薄膜材料。

采用磁控溅射方法制备GZO薄膜，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，因而成为当今工业化生产中研究最多、工艺最成熟和应用最广的一项方法。但是，在高沉积速率和低衬底温度下，即使能够在较短时间内得到附着性好、成膜均匀的样品，也难以避免GZO薄膜结晶质量较差，导电性不稳定的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术之缺陷，提供一种掺镓氧化锌(GZO)薄膜的制备方法及其制备的薄膜和应用。

本发明实施例是这样实现的，第一方面提供一种掺镓氧化锌薄膜的制备方法，其包括如下步骤：

将Ga₂O₃粉体和ZnO粉体混合，烧结作为GZO靶材，所述Ga₂O₃粉体与所述ZnO粉体的质量比为1/1999～1/99；

将所述GZO靶材装入磁控溅射腔体内，抽真空，设置工作压强为0.2Pa～1.5Pa，惰性气体流量为15sccm～35sccm，溅射功率为60W～160W，溅射得掺镓氧化锌薄膜；

对上述制得的掺镓氧化锌薄膜进行退火处理，退火气氛为惰性气体和氢气的混合气体，其中，氢气的摩尔体积百分含量为5％～30％，退火温度为200℃～600℃。

本发明实施例的另一目的在于提供上述掺镓氧化锌薄膜的制备方法获得的掺镓氧化锌薄膜。

本发明实施例的另一目的在于提供上述掺镓氧化锌薄膜在半导体光电器件中的应用。

本发明实施例以GZO为靶材，采用磁控溅射法，溅射得到掺镓氧化锌薄膜，其具有沉积速率高、薄膜附着性好、易控制并能实现大面积沉积等优点。进一步，通过引入惰性气体和氢气的混合气体对得到的GZO薄膜进行退火后处理，达到提高薄膜结晶质量、增加导电性、稳定电阻率的目的。

附图说明

图1是本发明实施例的掺镓氧化锌薄膜的制备方法的流程图；

图2是本发明不同氢气含量退火得到掺镓氧化锌薄膜的电阻率变化曲线；

图3是本发明不同退火温度退火得到掺镓氧化锌薄膜的X射线衍射图；

图4是本发明实施例2的掺镓氧化锌薄膜在紫外-可见光波长范围的透射光谱图；

图5是本发明实施例2制备的掺镓氧化锌薄膜在不同使用温度下使用48小时后的电阻变化曲线。

具体实施方式

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掺镓氧化锌薄膜的制备方法，其包括如下步骤：

S01：将Ga₂O₃粉体和ZnO粉体混合，烧结作为GZO靶材，所述Ga₂O₃粉体与所述ZnO粉体的质量比为1/1999～1/99；

S02：将所述GZO靶材装入磁控溅射腔体内，抽真空，设置工作压强为0.2Pa～1.5Pa，惰性气体流量为15sccm～35sccm，溅射功率为60W～160W，溅射得掺镓氧化锌薄膜；

S03：对上述制得的掺镓氧化锌薄膜进行退火处理，退火气氛为惰性气体和氢气的混合气体，其中，氢气的摩尔体积百分含量为5％～30％，退火温度为200℃～600℃。