[发明专利]一种运用磁控溅射法制备透明导电薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料领域的透明导电薄膜的制备方法，具体是用磁控溅射法制备Zn_1-xCu_xO/Cu/Zn_1-xCu_xO透明导电薄膜。

背景技术

作为光电子科技领域的主要光学材料之一，透明导电薄膜（TCO）已经广泛应用于太阳能电池透明电极、液晶显示器、气敏元件、抗静电涂层、飞机和汽车风挡防霜雾玻璃、建筑用节能玻璃窗和电致变色器件等领域。实际应用中要求透明导电薄膜具有好的可见光透过率（>80%）和低的电阻率（<10^-3Ω·cm），目前应用最广泛的是掺Sn的In₂O₃（ITO）透明导电薄膜，但铟稀缺导致ITO薄膜较为昂贵，因此限制了其应用。掺杂ZnO具有好的透光率和电导率，尤其以Al掺杂ZnO（AZO）的研究和应用最为广泛，但在实际应用中仍存在电阻率较高或者化学不稳定等问题。

Zn_1-xCu_xO/Cu/Zn_1-xCu_xO薄膜具有如下优点：（1）原料来源广泛，价格便宜；（2）对环境无毒害；（3）抗辐射能力强；（4）三层结构的薄膜制备简单，膜系便于设计；（5）Cu的厚度可精确控制，从而方便调控薄膜的光电性能；（6）成膜方法简单。所以Zn_1-xCu_xO/Cu/Zn_1-xCu_xO薄膜作为透明导电薄膜具有很好的应用前景。

根据对现有技术的检索发现，中国专利201110239699.3（申请号）用原子层沉积和磁控溅射的方法制备了Zn_1-xCu_xO/Cu/Zn_1-xCu_xO透明导电薄膜，但原子层沉积设备比较昂贵，不利于工业化的生产。而磁控溅射法具有设备简单、价格便宜、成膜均匀、可用于大面积制膜等优点，目前在生产中已经得到了广泛的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种磁控溅射制备Zn_1-xCu_xO/Cu/Zn_1-xCu_xO透明导电薄膜的方法，克服现有技术存在的不足，获得具有高透过率和低电阻率的透明导电薄膜。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

将清洗干净的基片置于磁控溅射腔内，利用磁控溅射方法在纯氩气气氛下依次溅射Zn_1-xCu_xO膜、Cu膜、Zn_1-xCu_xO膜，得到电阻率小于10^-3Ω·cm，透光率大于80%的Zn_1-xCu_xO/Cu/Zn_1-xCu_xO透明导电薄膜。

进一步的，上述制备方法按以下步骤进行：

(1)基片依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，之后用99.99%的氮气吹干；

(2)用含Cu量为0.5%~2.5%（质量百分含量）的ZnCuO陶瓷靶作为Zn_1-xCu_xO薄膜沉积的溅射靶；

(3)用99.99%的高纯Cu靶作为Cu薄膜沉积的溅射靶；

(4)对磁控溅射腔抽真空；

(5)保持基片温度为室温，调节基片与靶材的距离；

(6)ZnCuO靶采用射频溅射；

(7)Zn_1-xCu_xO膜和Cu膜均在纯氩气气氛中制得。

所述Zn_1-xCu_xO膜的厚度为40～70nm，所述Cu膜厚度为8～30nm。

所述基片选用玻璃片。

所述（1）中，超声清洗时间为10min。

所述（4）中，对磁控溅射腔抽真空，使其真空度小于1.0×10^-4Pa，用以保证Zn1-xCuxO膜中氧空位的含量。

所述（5）中，调节基片与靶材的距离为10～20cm，防止由于基片与靶材距离太近引起的自溅射，同时又不能太远，从而保证成膜质量。