[发明专利]一种ZnO/BS/Cu/ZnO多层结构透明导电薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种ZnO/BS/Cu/ZnO多层结构透明导电薄膜的制备方法，先将ZnO、BS即BaSnO₃和Cu靶材与清洁的衬底装入磁控溅射腔体内；再将系统的本底真空度抽至3.0×10^‑3Pa以下，使用Ar和O₂混合气体作为溅射气体溅射ZnO薄膜层，氧氩体积比为1～2：3～50，溅射总气压0.3～15Pa，溅射功率30～300W，沉积得到10～200nm厚ZnO薄膜层；再用纯氩气作为溅射气体溅射Cu薄膜层，沉积得到3～20nm厚Cu薄膜层；再使用纯氩气作为溅射气体溅射BS薄膜层，沉积得到10～30nm厚BS薄膜层；再使用Ar和O₂混合气体作为溅射气体溅射ZnO薄膜层，沉积得到10～200nm厚ZnO薄膜层，制得ZnO/BS/Cu/ZnO多层结构透明导电薄膜。本发明在可见光范围内平均透过率≥80％，方块电阻≤10Ω·cm，性能优良，成本低廉，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种ZnO/BS/Cu/ZnO多层结构透明导电薄膜及其制备方法。

背景技术

透明导电薄膜作为透明电极被广泛应用在诸多光电器件中。其中，ZnO/Cu/ZnO多层结构的透明导电薄膜由于具有优异的电学性质和低廉制备成本受到了研究者们的广泛关注。但是这类透明导电薄膜的光学透过率较低，都在80％，难以满足应有需求。众所周知，ZnO薄膜必须沉积在有氧气氛中才能具备高的光学透过率，但是，当ZnO/Cu/ZnO多层结构的透明导电薄膜在有氧气氛下制备，中间的Cu层又会被氧化成氧化铜，从而失去导电性能，且黑色的氧化铜还会导致光学透过率下降。由此可见，制备具有兼具高透过率和低电阻率的ZnO/Cu/ZnO多层结构的透明导电薄膜是一个难题。

BaSnO₃(BS)是一种宽带隙半导体材料，其结晶温度在700℃以上。在室温下且无氧条件下制备的BS薄膜都是具有非晶状态的，但是这种非晶状态的薄膜具有低的光学折射率(～1.4)和高的光学透过率。因此，本发生设计出了ZnO/BS/Cu/ZnO多层结构透明导电薄膜，在ZnO制备过程中，通过BS层阻止Cu与氧的接触，从而获得具有兼具高透过率和低电阻率的ZnO/BS/Cu/ZnO多层结构的透明导电薄膜。

发明内容

本发明的目的，在于解决现有技术ZnO/Cu/ZnO多层结构的透明导电薄膜兼具高透过率和低电阻率的难题。利用磁控溅射沉积技术，提供一种成本低廉而性能优良的ZnO/BS/Cu/ZnO多层结构透明导电薄膜的制备方法。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种ZnO/BS/Cu/ZnO多层结构透明导电薄膜的制备方法，具有如下步骤：

(1)将ZnO靶材、BS即BaSnO₃靶材和Cu靶材装入磁控溅射腔体内；

先后用无水乙醇和去离子水超声清洗衬底30分钟，并用氮气吹干，放入磁控溅射腔体中；所述衬底为石英、玻璃、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸或者聚萘二甲酸乙二醇酯的透明衬底；

靶材与衬底的距离为40～90mm；

(2)步骤(1)完成后，将磁控溅射系统的本底真空度抽至3.0×10^-3Pa以下，使用Ar和O₂混合气体作为溅射气体溅射ZnO薄膜层，氧气与氩气体积比为1～2：3～50，溅射总气压0.3～15Pa，溅射功率为30～300W，进行沉积得到ZnO薄膜层，该薄膜层厚度为10～200nm；

(3)步骤(2)完成后，将系统内抽至3.0×10^-3Pa以下，使用纯氩气作为溅射气体开始溅射Cu薄膜层，溅射总气压为0.3～15Pa，溅射功率20～200W，沉积得到Cu薄膜层，该薄膜层厚度为3～20nm；