[发明专利]一种Er掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种Er掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：以Er占总粉末的摩尔百分比含量0.5％～4％为标准称取ZnO粉末和Er₂O₃粉末，将称取的粉末添加酒精混合后经300℃预烧结处理使粉末结成块状，再将经预烧结处理后的粉末经1000℃烧结处理，制得Er掺杂ZnO靶材；将制得的靶材和蓝宝石衬底装入PLD系统中，靶材和蓝宝石衬底的距离为将溅射室抽真空至6*10^‑4Pa，通入氧气，控制生长压力为0.026Pa，在脉冲激光沉积过程中，控制激光器能量为250～400mJ，频率为1～20HZ，蓝宝石衬底为500～800℃，生长时间为1～3h，制得Er掺杂ZnO透明导电薄膜。利用所述方法制得的Er掺杂ZnO透明导电薄膜表面平整致密、粗糙度小、电阻率低、透过率高，在极低温度下性能稳定。

技术领域

本发明涉及半导体薄膜材料领域，具体涉及一种高质量、低电阻率、在低温情况下仍具有良好导电性的ZnO基透明导电薄膜的制备方法。

背景技术

透明导电氧化物(TCO)薄膜因具有的优良光电性能使其在太阳能电池、液晶显示器、热反射镜和建筑玻璃节能等诸多领域获得了广泛的研究和应用。氧化铟锡(ITO)镀膜玻璃是一种非常成熟的产品，具有透过率高、膜层牢固、导电性好等特点，初期曾应用于光伏电池的前电极。但随着光吸收性能要求的提高，TCO玻璃必须具备提高光散射的能力，而ITO镀膜很难做到这一点，并且激光刻蚀性能也较差。铟为稀有元素，在自然界中贮存量少，价格较高。ITO应用于太阳能电池时在等离子体中不够稳定。

近年来，ZnO作为一种透明导电氧化物薄膜材料引起了广泛的关注，与传统的In₂O₃基和SnO₂基透明导电薄膜相比，ZnO透明导电薄膜具有原材料丰富、无毒、掺杂可以提高薄膜的电导率和稳定性等优点，作为一种重要的光电子信息材料，ZnO透明导电薄膜优良的光电特性使其在太阳能电池、液晶显示器、热反射镜等领域得到广泛的应用。由于ZnO薄膜的电阻率很大，为提高ZnO薄膜的电学性能，目前以ZnO掺Ga(GZO)和ZnO掺Al(AZO)等元素来实现透明导电的功能，它不仅具有玻璃衬底ZnO透明导电膜的光电特性，并且具有许多独特优点，例如可绕曲、重量轻、不易碎、易于大面积生产、成本低、便于运输等，可被广泛应用于塑料液晶显示器、可绕曲的便于携带的太阳能电池、柔性薄膜晶体管等领域。

然而，用Al或Ga掺杂ZnO透明导电薄膜仍有一些不足之处：一方面，在薄膜的沉积过程中，Al和Ga易氧化，使透明导电薄膜性能不稳定。另一方面，ITO和AZO，GZO等导电薄膜在温度变化的过程中电阻率会发生较大的变化，导致器件的性能下降，甚至无法工作。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种Er掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法，利用所述方法制备的ZnO透明导电薄膜能够实现在低温和极低温状态下工作，性能稳定，具有广阔应用前景。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种Er掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：

以Er占总粉末的摩尔百分比含量0.5％～4％为标准称取ZnO粉末和Er₂O₃粉末，将称取的粉末添加酒精混合后经300℃预烧结处理使粉末结成块状，再将经预烧结处理后的粉末经1000℃烧结处理，制得Er掺杂ZnO靶材；

将制得的靶材和蓝宝石衬底装入PLD(脉冲激光沉积)系统中，靶材和蓝宝石衬底的距离为将溅射室抽真空至6*10^-4Pa，通入氧气，控制生长压力为0.026Pa，在脉冲激光沉积过程中，控制激光器能量为250～400mJ，频率为1～20HZ，蓝宝石衬底为500～800℃，生长时间为1～3h，制得Er掺杂ZnO透明导电薄膜。