[发明专利]新型金属掺杂ITO透明导电薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了新型金属掺杂ITO透明导电薄膜及其制备方法。本发明的透明导电薄膜是通过先生长一层ITO薄膜后生长掺杂金属薄膜，再一起通过高温退火后而形成，得到的透明导电薄膜在ITO透明导电薄膜基础上，具有更大的薄膜光学透过率和更低的薄膜方块电阻；本发明在原有设备上不需要引入新的设备，因此不会增大工艺难度，同时有利于提高薄膜光电性能。

技术领域

本发明涉及透明导电薄膜领域，具体涉及新型金属掺杂ITO透明导电薄膜及其制备方法。

背景技术

在光电子器件的制备过程中，为与外延片形成良好的欧姆接触，并且减少对发射光源的吸收，制备一种低接触电阻和高光学透过率的透明导电薄膜至关重要。例如，常在蓝光和绿光LED芯片制备工艺中作为透明电流扩展层的ITO薄膜因吸收带隙问题在紫外芯片的制备中受到一定的限制。因此，制备一种更宽波长范围内仍有透明导电属性的薄膜势在必行。目前研究的新型薄膜主要有石墨烯薄膜；Ga2O3薄膜；优化的ITO薄膜等。

石墨烯（Graphene）材料具有量电子输运特性、高本征迁移率、热导率等优异的物理特性，且作为一种透过率在紫外区域没有缺陷的薄膜，理想单层石墨烯透过率可达98%，导电率可达100Ω/sq，在作为光电子器件透明电极方面引起关注。但由于裸石墨烯和p-GaN层的工作功能不同，以及石墨烯层的高方块电阻，使其在LED的应用中遇到一些困难，从而导致了高的正向工作电压和低的光输出功率。由于费米能级的改变，化学电荷转移掺杂增加了石墨烯的功函数，而掺杂可以降低石墨烯的片状电阻，从而提高导电性。2013年，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所提出一种基于石墨烯的透明导电电极及其制法。采用石墨烯薄膜代替ITO或Ni/Au作为GaN基LED、紫外光探测器的透明导电电极，能够实现低成本、高亮度的发光器件，扩大了碳纳米材料在GaN基光电器件领域的应用。Eun-Kyung Suh等人通过在石墨烯里面掺杂Au制备的透明电极薄膜用于制备380nmUV LED，使之在20mA注入电流下输出功率有20%的提升，能够实现90 Ω/sq的方块电阻，20mA下5.85V的正向电压；且其在200-800nm之间的透过率基本在88%保持水平。Eun-Kyung Suh等人还通过在石墨烯下层生长100nmITO并将其刻蚀成纳米颗粒，再生长一层石墨烯薄膜，使380nmUV LED在20mA下达到4.9eV电压，在100mA下使输出功率相对ITO薄膜增强了60%。总体来说，薄膜电阻仍然较大，导致正向电压高。

Ga2O3材料作为一种宽带系材料，禁带宽度约为5eV，因其在紫外波段具有很高的透过率，在紫外LED的制备方面受到广泛研究。但由于Ga2O3是一种宽禁带半导体材料，其导电性能很差。人们通过掺杂In或者Sn形成β-Ga2O3来提升其导电性能，Orita M，HiramatsuH等人在880℃的硅玻璃上制备了多晶β-Ga2O3薄膜，获得了约1 S/cm的电导率，通过制备201取向Sn掺杂的β-Ga2O3薄膜，获得的最大电导率为8.2 S/cm(约1.22×104Ω/sq)，但这仍然难以用于LED导电薄膜制备。Liu JJ等人通过调整生长温度，ITO厚度等条件来改善Ga2O3/ITO薄膜方块电阻和透过率，在280nm处可以实现323Ω/sq方块电阻和77.6%透过率；Jae-kwan Kim 等人实现了在380nm处透过率为80.94%，方块电阻为58.6Ω/sq；韩国KieYoung Woo小组制备Ag/Ga2O3模型，通过Ag插入层改善薄膜的接触特性和导电率，在380nm实现91%的透过率和3.06×10-2Ωcm2的比接触电阻电阻率。