[发明专利]一种氧化镍薄膜的生长方法、氧化镍薄膜及其光电器件

说明书

本发明涉及一种氧化镍薄膜的生长方法，该方法在实际生长氧化镍薄膜之前，先通过设定恒定功率模式，通过逐步增加氧气的流量监测靶电压或阴极电压值，从而获得靶电压或阴极电压随含氧气体流量变化的沉积曲线，根据所述曲线选定所述氧化镍薄膜的溅射参数，进而进行氧化镍薄膜的生长，从而获得所述氧化镍薄膜。本发明的氧化镍薄膜生长方法能够根据沉积曲线预先精确选定实际所需的溅射沉积氧化镍薄膜的沉积参数，从而获得了特定性能的氧化镍薄膜，并且该方法生长的氧化镍薄膜用于光电器件中，其光电器件呈现出了优异的性能。

技术领域

本发明涉及直流反应磁控溅射方法制备氧化镍薄膜材料领域，具体涉及一种氧化镍薄膜的生长方法、氧化镍薄膜及其光电器件。

背景技术

氧化镍薄膜材料是p型半导体材料，可以用于各种光伏太阳电池如有机聚合物太阳电池(OPV)、染料敏化太阳电池(DSSC)、钙钛矿太阳电池(Perovskite solar cells，PVSK)等的空穴传输层(Hole Transport Layer,HTL)或者电子阻隔层(Electron BlockingLayer,EBL)功能层材料，同时它也可以作为电致变色器件材料的离子存储层。氧化镍薄膜可以通过多种制备技术进行制备，如化学溶液合成法(Solution process)、原子层外延生长(ALD)、脉冲激光沉积(PLD)、热蒸发(Thermal evaporation)、电子束蒸发(E-beamevaporation)和磁控溅射方法(Sputtering)等。其中磁控溅射方法为真空薄膜沉积技术，通过等离子体中离化的氩离子在电场作用下轰击溅射靶材表面，从靶材表面轰击出靶材元素然后沉积到衬底基板上，具有工艺简单、可靠，沉积速率快、可以实现大面膜薄膜制备等优点受到研究者和工业生产商的广泛关注。磁控溅射方法按是否发生化学反应过程可以分为非反应溅射和反应溅射，按等离子体激发方式可以分为直流(DC)溅射和射频(RF)溅射。化学溶液合成法通常需要在液态薄膜通过旋涂、挂涂、热喷涂后有高温退火过程，对于所需的衬底有一定的熔点要求，此外此工艺也需要全面考虑所采用的溶液的兼容性问题，成膜过程不应当发生相互之间的化学反应；原子层外延生长一方面需要对衬底有特殊要求以及进行特殊处理，另一方面原子层外延生长的沉积速率十分低，制备一定厚的氧化镍薄膜的沉积过程漫长；而激光脉冲沉积无法实现大面积均匀薄膜的沉积；热蒸发和电子束蒸发具有与磁控溅射相似的诸多优点，但是磁控溅射方法制备的薄膜更加致密，而且可以实现氧化物的反应溅射沉积，而热蒸发和电子束蒸发在反应蒸发或者氧化物蒸发过程中导致高温加热件或者电子束灯丝容易熔断。此外，目前很多柔性电子器件以及诸多功能薄膜都需要在低温下完成制备，磁控溅射方法在此方面优点十分显著。目前，磁控溅射沉积技术已经广泛用于各种先进薄膜材料的制备。然而，非反应溅射方法制备氧化镍薄膜无法大范围调节氧化镍薄膜材料成分以及其光电特性，具有较窄的沉积参数空间，而且具有较低的沉积速率和较高的制备成本。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的首要目的是：如何通过反应磁控溅射方法精确控制氧化镍薄膜材料的材料特性，该材料特性包括了化学成分以及光电特性等。

为了达到上述目的，本发明至少采用如下技术方案：

一种氧化镍薄膜的生长方法，该方法包括：

采用直流反应磁控溅射法制备所述氧化镍薄膜，所述直流反应磁控溅射采用恒定功率模式，采用氩气作为溅射气体，含氧气体作为反应气体，所述氩气流量保持恒定；

沉积曲线的获得：设定恒定功率，并采用恒定功率模式，通过逐步增加含氧气体的流量监测靶电压或阴极电压值，从而获得靶电压或阴极电压随含氧气体流量变化的所述沉积曲线；

根据所述曲线选定所述氧化镍薄膜的溅射参数，进而进行氧化镍薄膜的生长。

所述沉积曲线包括三个区域，所述三个区域为金属区、过渡区以及氧化物区。

所述含氧气体为氧气或氧气与氩气的混合气体。