[发明专利]磁控溅射原位制备具有择优取向AZO光电薄膜的方法

说明书

一种磁控溅射原位制备具有择优取向AZO光电薄膜的方法，包括如下步骤：(1)将基片进行表面处理；所述的基片材质为电子玻璃或柔性衬底材料，所述的柔性衬底材料选用聚对萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚酰亚胺(PI)；(2)安装靶材，基片装入真空室；(3)抽真空后通入氩气，控制通入氩气的流量；对靶材进行预溅射清洗；(4)室温条件下，调节溅射电压和电流，开始磁控溅射，在基片上制成具有择优取向AZO光电薄膜。本发明的方法在保证性能的基础上，整个制备过程无需加热和后期热处理，简化制备工艺，降低能耗。

技术领域

本发明属于广电材料技术领域，特别涉及一种磁控溅射原位制备具有择优取向AZO光电薄膜的方法。

背景技术

透明导电薄膜(TCO，transparent conductive oxide)在能源、信息、国防等领域具有广泛的应用价值和重要的研究意义；相较于传统的透明导电薄膜ITO和FTO，AZO薄膜具有价格低廉、绿色环保、无毒无害、原材料丰富易得等优点，更适合广泛应用于光电子器件、平面显示、触摸屏、薄膜太阳能电池等领域。

磁控溅射法作为工业上制备薄膜的最常用的方法，具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点，射频磁控溅射法是目前较为成熟的制备AZO薄膜的工艺之一。

制备AZO薄膜的晶体结构(002)取向性对其光电性能有极大的影响，因此目前射频磁控溅射制备AZO薄膜的过程中，需通过原位加热或者制备出薄膜后进行后期热处理，才能获得(002)择优取向，进而制备出优良光电性能的AZO薄膜，这样不仅提高了生产成本，而且极大限制了薄膜沉积基底的选择，尤其是柔性基底，不利于其大规模应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁控溅射原位制备具有择优取向AZO光电薄膜的方法，不需原位加热或后期热处理，采用射频磁控溅射，原位室温直接生长出具有良好(002)取向的AZO薄膜，具有优异光电性能，制备过程中沉积速率快。

本发明的方法包括如下步骤：

1、将基片进行表面处理；所述的基片材质为电子玻璃或柔性衬底材料，所述的柔性衬底材料选用聚乙烯对苯二酸酯(PET)、聚对萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚酰亚胺(PI)；

2、在射频磁控溅射设备上安装靶材，然后将表面处理后的基片装入射频磁控溅射设备的真空室；所述的靶材为AZO靶材，按质量百分比含Al₂O₃ 2±0.5％，其余为ZnO；

3、对真空室抽真空至8×10^-4Pa以下，然后通入氩气，控制通入氩气的流量36～68sccm；通过调节射频磁控溅射设备的闸板阀，控制真空室内的氩气压力为0.8～1.2Pa，对靶材进行预溅射清洗，去除靶材表面的杂质，预溅射清洗时间5～15min；

4、在室温条件下，调节溅射电压1.52～1.75kV，电流110～120mA，保持氩气的流通量为36～68sccm；开始磁控溅射，时间20～30min，在基片上制成具有择优取向AZO光电薄膜。

上述的步骤3中，对真空室抽真空时，先抽真空至15Pa以下，再开启分子泵抽真空至8×10^-4Pa以下。

上述的表面处理是将基片依次置于丙酮、去离子水和无水乙醇中分别进行一次超声清洗，每次超声清洗的时间至少5min；最后取出用氮气吹干表面的无水乙醇。

上述的射频磁控溅射设备的射频匹配器的自偏压范围设为0.16～0.24kV。

上述的步骤3和4中，进行预溅射清洗和磁控溅射时的靶基距为60～80mm。

上述的具有择优取向AZO光电薄膜的厚度为590～1700nm，按质量百分比含Al 1.5～2.4％，Zn 80.60～82.40％，其余为O。