[发明专利]一种p型透明导电掺锂氧化镍薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于透明导电氧化物薄膜技术领域，具体涉及一种p型透明导电掺锂氧化镍薄膜及其制备方法。

背景技术

透明导电氧化物薄膜已在平板显示器、太阳能电池、有机发光二极管和建筑玻璃等领域得到了广泛应用，广为人们熟知的有In₂O₃:Sn (ITO), ZnO:Al (AZO)和SnO₂:F (FTO)等，但它们都是n型薄膜，仅作为单一的电学或光学涂层使用，缺乏光学和电学性能与之匹配的p型透明导电薄膜材料而难以制备有源透明器件，进而阻碍了全透明电子器件的发展。

1997年Kawazoe等人首次报道了p型铜铁矿结构的透明导电氧化物CuAlO₂薄膜，基于Kawazoe提出的价带调制理论，一系列以Cu⁺为基础的p-TCO如CuScO₂、CuGaO₂、CuInO₂、CuYO₂，以及氧硫化物LaCuOQ (Q=S，Se及Te)等成为人们争相研究的热点，但至今此类p型薄膜的性能仍未取得较大进展。同时N、P和As掺杂的ZnO薄膜也是近年来p型透明导电材料研究的一个热点，但ZnO的p型掺杂由于材料内部容易产生电子施主而导致掺杂效率低下。与n型材料相比，这些p型透明导电薄膜的电导率仍落后了3-4个数量级，因此无法实现具有良好性能的全透明p-n结。

从某种程度上说，p-TCO薄膜的成功研制与否决定着能否真正实现透明电子学。透明电子学是一门新兴学科和崭新的研究领域，其潜在应用领域是有源矩阵液晶显示，当使用透明薄膜晶体管时，有望改善液晶像素的光透射率，提高亮度及其效率。此外，如果太阳光伏电池使用n型和p型透明电极将大幅度提高光致电压的效率，进而降低太阳能光电系统的发电成本最大程度地实现光伏转换。然而所有的这一切都是建立在开发p型透明导电薄膜的基础上，因此开发新型p型透明导电薄膜材料具有显著的理论意义和广泛的应用意义

NiO是具有3d电子结构的过渡金属氧化物，是一种禁带宽度较大的p型半导体材料，由于其具有极佳的化学稳定性、特殊的光电性能、以及磁性和变色性质而广泛应用在p型透明导电、电致变色、气体检测、紫外探测器等领域。纯NiO在室温下不具有导电性，但实际薄膜中往往偏离化学剂量比，当薄膜中存在镍空位或者氧填隙时即呈现p型导电性，但这很难控制和提高薄膜的电导率，所以通过掺杂单价离子可以有效提高薄膜的p型导电性。

电子束蒸发镀膜技术制备薄膜材料具有电子束能量高、蒸发速率高等特点，可以大面积、低温、均匀沉积薄膜，是一种低成本、高效率沉积氧化物薄膜的方法和生产工艺。

发明目的

本发明的目的在于提出一种导电率高、透明性好、制备过程简单的透明导电氧化物薄膜及其制备方法。

本发明提出的p型透明导电氧化物薄膜，是一种掺锂氧化镍薄膜Li_xNi_1-xO，x=0.01～0.30，由电子束蒸发镀膜技术制备获得，其中，薄膜厚度为50～500 nm，最高电导率达到9.4S·cm^-1，可见光区域的平均透射率高于60%。