[发明专利]一种掺杂氧化锌薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子束蒸发制备掺杂氧化锌薄膜的低能耗、易实现的工艺方法，属于透明导电薄膜制备领域。

背景技术

由于透明导电薄膜在太阳能电池，液晶显示器，气体传感器，飞机和汽车用导热窗玻璃等领域具有广泛的应用，因此近年来受到人们的关注。在各类透明导电氧化物薄膜材料中，氧化锌系薄膜由于具有高的电导率和透过率，最重要的是相对于其他薄膜原材料资源广泛，价格低廉，因此越来越受到人们的重视。在所有的薄膜制备方法中，电子束蒸发更容易实现生产应用之一。通常电子束蒸发制备掺杂氧化锌薄膜工艺中靶材致密度较高，在90％左右；蒸发束流较大，在40～100mA；工作气压较低，在10^-3～10^-2Pa。例如Sahu等人(D.R.Sahu，Shi-Yuan Lin，Jow-Lay Huang，Deposition of Ag-based ZnO multilayer coatings for the transparent conductive electrodes by electron beam evaporation，Solar Energy Materials&Solar Cell 91(2007)851-855.)采用1400℃烧结陶瓷靶(致密度大于90％)，工作气压设为2.6×10^-3Pa，蒸发束流控制在20～50mA，制备出电阻率在10^-4Ω·cm，透光率大于85％的Ag-AZO多层薄膜；又如王子健等人(王子健，王海燕，郜小勇，电子束蒸发制备ZnO:Al透明导电薄膜及其性能研究，人工晶体学报，35，6，(2006))采用1×10^-2Pa的工作气压，40mA的电子束流，制备出电阻率为6×10^-3Ω·cm，透光率为80％的铝掺杂氧化锌薄膜。这些工艺中，因为靶材致密度普遍较高，所以蒸发束流偏大，导致镀膜能量损耗大。同时，束流偏大使电子枪的绝缘陶瓷件老化过快，绝缘性能变差，导致镀膜过程中电子束流波动，甚至使高压不稳定。另外，实验中对工作气压要求低，薄膜质量对气压敏感，增加了高质量薄膜制备的难度。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种掺杂氧化锌薄膜的制备方法，该制备方法为电子束蒸发法，包括靶材制备，基片处理，蒸镀和退火的步骤，其中，蒸镀步骤中电子束流为25～35mA，工作气压为0.40～0.80Pa。

本发明所述掺杂氧化锌薄膜的制备方法优选靶材致密度为59～70％，进一步优选为59％。

本发明所述掺杂氧化锌薄膜的制备方法中蒸镀步骤中优选电子束流为30mA，工作气压为0.51Pa。

本发明所述掺杂氧化锌薄膜的制备方法中所述掺杂氧化锌中的掺杂元素为第三主族元素，优选为硼、铝、镓、铟。

本发明所述掺杂氧化锌薄膜按下述方法制备：

a.靶材制备：将混合的氧化锌和掺杂离子氧化物纳米粉末压制成靶材块体，烧结成致密度为59～70％的陶瓷靶，烧结温度为1100℃，烧结时间为6小时；

b.基片处理：清洗并安装基片，抽真空至10^-3Pa；基片加热至200～300℃，转速2r/min；通入氩气，电离清洗5分钟；通入氧气，氩气与氧气的流量比为1∶1.4，将工作气压调至0.4～0.8Pa；

c.蒸镀：开始蒸镀，高压为6kV，电子束流为25～35mA，蒸镀时间为30分钟；

d.退火：蒸镀后400℃退火1小时。

本发明所述掺杂氧化锌薄膜优选按下述方法制备：

a.靶材制备：将混合好的纳米粉末压制成靶材块体，烧结成致密度为59％的陶瓷靶；

b.基片处理：清洗并安装基片，抽真空至10^-3Pa；基片加热至250℃，转速2r/min；通入氩气，电离清洗5分钟；通入氧气，氩气与氧气的流量比为1∶1.4，将工作气压调至0.51Pa；

c.蒸镀：开始蒸镀，高压为6kV，电子束流为30mA，蒸镀时间为30分钟；

d.退火：蒸镀后400℃退火1小时。

上述制备方法中，应理解步骤a中混合指将粒径为100nm～1μm的氧化锌粉末和粒径为50nm掺杂离子氧化物粉末混合。

步骤b中基片指普通载玻片，基片采用超声波清洗，清洗液为酒精和去离子水，镀膜前采用电离清洗，清洗气氛为氩气。

利用上述制备方法制备的掺杂氧化锌薄膜厚度为200～300nm，方块电阻为50～130Ω/□，透光率＞90％。