[发明专利]一种基于Nb2O5的透明导电氧化物薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于Nb₂O₅的透明导电氧化物薄膜及其制备方法，该薄膜由衬底、底部金属氧化物薄膜层、中间金属层和顶部金属氧化物薄膜层组成，其中，衬底为玻璃，底部金属氧化物薄膜层为采用射频磁控溅射方法沉积的Nb₂O₅层，中间金属层为采用直流磁控溅射的方法沉积的Ag层，顶部金属氧化物薄膜层为采用射频磁控溅射方法沉积的ZnO层，底部金属氧化物薄膜层和顶部金属氧化物薄膜层的厚度均为35～55nm，中间金属层的厚度为8～20nm。该薄膜不仅价格低廉、无毒环保，而且是在室温下制备，无需加热，简化了制备工艺，具备取代传统的ITO被广泛应用在光电材料技术领域的可能。

技术领域

本发明属于光电材料技术领域，具体涉及一种高效的基于Nb₂O₅的透明导电氧化物薄膜及其制备方法。

背景技术

透明导电氧化物薄膜是一种重要的光电材料，因其具有的接近金属的导电性、较高的透明性及对红外线的高反射率等特性而被广泛应用于太阳能电池、平板显示器以及透明视窗等制备中，成为不可或缺的一类薄膜。

透明导电氧化物薄膜具有两种导电类型，即n型和p型，n型透明导电氧化物薄膜电阻率可达10^-3～10^-5Ωcm，在光电器件、太阳能电池等领域得到大量的应用；P型透明导电氧化物薄膜的制备为制作p-n结奠定了基础，并拓展了透明导电薄膜更广阔的应用前景。

在透明导电薄膜的制备中，常用的物理方法有真空蒸发镀膜技术、溅射镀膜技术、离子束辅助沉积镀膜技术、脉冲激光沉积技术等；其中，溅射镀膜是用离子轰击靶材表面，使靶材的原子被轰击出来，溅射的原子则沉积在积体表面形成薄膜的一种镀膜技术，该种技术的膜厚可控性和重复性好、适用范围广、薄膜与基片的结合能力强、易实现大面积的自动化生产。因此在光电技术领域该方法得到了广泛的应用。对于导电性较好的靶材，通常使用直流磁控溅射技术，而对于需要极高电压的非金属靶材则大多使用射频磁控溅射技术完成镀膜。

在现有技术中，铟锡氧化物(ITO)是一种综合光电性能优异且在光电子器件领域应用较为广泛的透明导电氧化物。但是ITO制备工艺较为复杂，金属铟又属于稀缺资源，因而该种材料的制作成本较高，并且带有一定的毒性，这些条件都使ITO在使用过程中受到一定的限制性。

ZnO薄膜是一种新型的、多用途的宽禁带半导体材料，其禁带宽度为3.3eV。其透光性高于90％。本征ZnO晶体具有n型的导电特性，载流子浓度和电子迁移率都很高，而且自然界中储量丰富。Nb₂O₅是一种禁带宽度为3.6eV的半导体材料，在可见光和近红外光学波长范围有着较好的光学透过率。其物理性质和化学性质比较稳定，在光学干涉滤波器、太阳能电池等许多现代技术领域有着诸多的应用。将这两种材料运用到透明导电氧化物薄膜的制备中将为制备高性能且价格低廉的透明导电氧化物薄膜提供可能。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供提供一种基于Nb₂O₅的透明导电氧化物薄膜，该薄膜不仅价格低廉、无毒环保，而且是在室温下制备，无需加热，简化了制备工艺，在未来存在取代传统的ITO被广泛应用在光电材料技术领域的可能。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种基于Nb₂O₅的透明导电氧化物薄膜，由衬底、底部金属氧化物薄膜层、中间金属层和顶部金属氧化物薄膜层组成，其中，衬底为玻璃，底部金属氧化物薄膜层为采用射频磁控溅射方法沉积的Nb₂O₅层，中间金属层为采用直流磁控溅射的方法沉积的Ag层，顶部金属氧化物薄膜层为采用射频磁控溅射方法沉积的ZnO层。

进一步地，所述底部金属氧化物薄膜层和顶部金属氧化物薄膜层的厚度均为35～55nm，中间金属层的厚度为8～20nm。