[发明专利]一种P型透明Ca3Co4O9导电薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能薄膜材料技术领域，具体地说是一种P型透明Ca₃Co₄O₉导电薄膜的制备方法。

背景技术

从平板液晶显示器、薄膜晶体管制造、太阳能电池透明电极以及火车飞机用玻璃除霜到建筑物幕墙玻璃，透明导电氧化物薄膜的应用十分广泛。目前研究主要集中在ZnO，In₂O₃，SnO₂及其掺杂体系SnO₂:Sb，SnO₂:F，In₂O₃:Sn(ITO)，ZnO:A1(AZO)等，但上述这些材料都属于n型TCO材料。虽然在ZnO等体系中可通过一定工艺制备出p型TCO材料，但其导电性与n型TCO相差甚远且制备工艺的稳定性和重复性均需大幅度提高。因此，制备出性能优越、工艺条件稳定、重复性好的p型TCO薄膜材料，对研发基于P型TCO材料设计制作的新型透明p-n结、透明晶体管、透明场效应管等透明光电子器件具有非常重要的意义。

发明内容

本发明为了提供一种p型TCO薄膜材料，设计了一种P型透明Ca₃Co₄O₉导电薄膜的制备方法，本方法制备的透明Ca₃Co₄O₉导电薄膜具有高的载流子浓度和较宽的禁带宽度，因而表现出很好的光电性能，如较低的电阻率和较高的可见光透过率，实验结果可重复、工艺稳定性好。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术手段是：一种P型透明Ca₃Co₄O₉导电薄膜的制备方法,关键在于：本方法步骤中包括：

A、陶瓷靶材的制备

利用高温固相反应法烧结Ca₃Co₄O₉陶瓷靶材；

B、脉冲激光沉积薄膜

将得到的靶材放入PLD腔体，通过脉冲激光沉积技术在单晶基底上生长c轴取向的Ca₃Co₄O₉预制薄膜；

C、高纯氧气氛围高温退火

将预制薄膜放在管式高温炉中进行退火处理，退火温度为780-820℃、时间为1-2小时，退火时需向炉中通入流动的纯度为99.99％的氧气，氧压0.8-1大气压。

所述的高温固相反应法烧结过程为将CaCO₃、Co₃O₄按钙与钴的摩尔比3:4称量，再经过混合、研磨、压片成型后，在850-950℃的电阻炉内预烧结8-12小时。

所述的CaCO₃和Co₃O₄的纯度均为99.99％。

所述的预烧结过程可重复2-4次。

步骤B中所述的脉冲激光沉积技术的激光频率1-10Hz，激光能量密度1.5-3mJ/cm²，本底真空10^-4-10^-5Pa，氧压1×10^-2-80Pa，基底温度600-700℃，基底和靶材距离40-60mm。

步骤B中所述的单晶基底为c轴取向的Al₂O₃、LaAlO₃、或SrTiO₃单晶薄片。

本发明的有益效果是：其一，工艺稳定性好、样品重复率高；其二，制备的p型透明Ca₃Co₄O₉导电薄膜结晶质量好，沿c轴方向取向生长且不含任何杂相；其三，制备的p型透明Ca₃Co₄O₉导电薄膜具有较高的电导率和可见光透过率，光电品质因子高。

附图说明

图1是对制得的透明Ca₃Co₄O₉导电薄膜使用D8型X-射线衍射仪测试后 得到的XRD图谱。

图2是透明Ca₃Co₄O₉导电薄膜的透射光谱，图中横坐标为波长，纵坐标为透过率。