專利名稱：一種提高銦摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高銦摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電性能的方法，屬于光電子功能 材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氧化物透明導(dǎo)電膜廣泛應(yīng)用于太陽能電池、平板顯示等領(lǐng)域。摻錫氧化銦(ITO) 是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的透明導(dǎo)電膜，但是銦含量非常高(> 90wt% )，而銦屬于稀缺資源，這 就使ITO透明導(dǎo)電膜的成本高昂。氧化鋅(ZnO)是一種廉價的寬禁帶半導(dǎo)體，對于波長大于 400nm以上的光具有優(yōu)良的透過性，摻雜III-V族雜質(zhì)以后導(dǎo)電性能顯著提高。目前，銦摻 雜的氧化鋅(IZO)中銦含量 90%時，電阻率較低( I(T4Qcm) (Thin Solid Films, 2008, 516 2045 J. Korean Phys. Soc.，2004，45 732 ;Jpn. J. App 1. Phys.，2004，43 745)；而當(dāng) 銦含量較低(< 10% )時電阻率一般都比較高( I(T3Qcm) (Thin Solid Films, 2005, 484 184 J Mater. Sci. 27(1992)4705 ；中國專利公開說明書 CN200680026929. 5)。為了降 低銦的使用量和透明導(dǎo)電膜的成本，目前許多科研工作者都致力于研究低銦含量的透明導(dǎo) 電膜，其工作主要集中在調(diào)節(jié)薄膜沉積工藝參數(shù)以期提高薄膜的導(dǎo)電性能。本發(fā)明提出了 一種簡單的提高低銦含量IZO透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電性能的方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對當(dāng)前低銦含量IZO透明導(dǎo)電膜電阻率較高的現(xiàn)狀，本發(fā)明提出在真空狀態(tài)下 或往退火爐內(nèi)充入一定量的惰性氣體(如氮?dú)?、氬氣?、氫氣或他們的混合氣體對IZO透 明導(dǎo)電膜進(jìn)行退火處理達(dá)到提高導(dǎo)電性能的目的。退火過程中可采用電阻加熱、微波加熱、 激光加熱、電火花或電弧加熱、中高頻加熱、等離子加熱等加熱方式，以達(dá)到預(yù)期的退火溫 度。根據(jù)不同的加熱方式和退火氣氛，可以控制不同的退火時間。本發(fā)明適用于采用磁控 濺射方法在堿玻璃、石英玻璃、藍(lán)寶石、氮化鋁、氮化鎵、碳化硅、氧化鋅、硒化鋅等透明襯底 上沉積的IZO透明導(dǎo)電膜，薄膜厚度為2 2000nm。該透明導(dǎo)電膜可以是采用氧化鋅靶與 氧化銦靶(或金屬銦靶)共濺射制備，也可以是采用銦摻雜氧化鋅復(fù)合靶單靶濺射制備， 還可以采用鋅靶和銦靶反應(yīng)濺射制備或者采用鋅、銦合金靶反應(yīng)濺射制備。該透明導(dǎo)電膜 中銦含量較低(銦原子與銦原子和鋅原子之和的原子比[In/dn+Zn)] ^ 50%，優(yōu)選[In/ (In+Zn)] ^ 10%)ο本發(fā)明優(yōu)化的退火工藝條件為氣氛壓強(qiáng)為10_4 IO5Pa,退火溫度為 80 600°C，退火時間為3秒 24小時。


圖1為IZO透明導(dǎo)電膜在退火處理前后透過率對比圖。從圖中可以看出IZO透明 導(dǎo)電膜在退火處理前后透過率都大于80 % (在850nm處高達(dá)92 % )，而且經(jīng)退火處理后IZO 透明導(dǎo)電膜的透過率保持與退火前一致。圖2為IZO透明導(dǎo)電膜在退火處理前后X射線衍射譜對比圖。從圖中可以看出
3IZO透明導(dǎo)電膜在退火處理前后均保持為沿(002)取向的六方纖鋅礦相結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式以下參考實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例1首先使用純度為99. 9%的氧化鋅陶瓷靶和銦金屬靶經(jīng)磁控濺射方法共濺射沉積 厚度為200nm左右的IZO透明導(dǎo)電膜，薄膜沉積工藝參數(shù)為氬氣流量為20sCCm，氬氣壓強(qiáng) 為0. 5Pa，本底真空為2X10_4Pa，襯底溫度為40(TC，氧化鋅靶和銦靶的射頻濺射功率分別 為lOW/cm2和2W/cm2，偏壓為-100V，樣品轉(zhuǎn)速為6轉(zhuǎn)/分。經(jīng)測試表明該IZO透明導(dǎo)電膜中 銦原子與銦原子和鋅原子之和的原子比[In/dn+Zn)] 3. 5%，銦含量非常低，其晶體結(jié) 構(gòu)為沿(002)取向的六方纖鋅礦相結(jié)構(gòu)，電阻率為1. 3 X 10_3 Ω cm，載流子濃度為1. IXlO21/ cm3，遷移率為 4. SScm2W1S-1,透過率為 85% (400 1500nm)。然后將制備好的IZO透明導(dǎo)電膜放入到退火爐內(nèi)，抽真空至10_2Pa后開始加熱， 待溫度升到大于80°C時通入氬氣、氮?dú)?、氫氣或他們的混合氣體，保持爐內(nèi)壓強(qiáng)為ICT1 IO5Pa,恒溫100分鐘后停止加熱同時停止通入氣氛，保持爐內(nèi)處于真空狀態(tài)(I(T2Pa)，待溫 度降到室溫后取出樣品進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明經(jīng)處理后電阻率為6. 7X10_4Qcm，載流子 濃度為1. lX1021/cm3，遷移率為8. Yecm2V-1S-1,透過率為 85% (400 1500nm)。說明退 火處理有利于提高IZO透明導(dǎo)電膜的導(dǎo)電性能，但是透過率保持不變。
權(quán)利要求
一種提高銦摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電性能的方法，其特征在于該方法采用在真空狀態(tài)下或往退火爐內(nèi)充入一定量的惰性氣體、氫氣或他們的混合氣體對IZO透明導(dǎo)電膜進(jìn)行退火處理。
2.權(quán)利要求1所述的提高銦摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電性能的方法，其特征在于該 法涉及的退火氣氛壓強(qiáng)為10_4 IO5Pa,退火溫度為80 600°C，根據(jù)不同加熱方式和退火 溫度，退火時間為3秒 24小時。
3.權(quán)利要求1所述的提高銦摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電性能的方法，其特征在于退 火方式可采用電阻加熱、微波加熱、激光加熱、電火花或電弧加熱、中高頻加熱、等離子加熱 等加熱方式，以達(dá)到預(yù)期的退火溫度。
4.權(quán)利要求1所述的提高銦摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電性能的方法，其特征在于所 制備的IZO透明導(dǎo)電膜是采用磁控濺射方法在堿玻璃、石英玻璃、藍(lán)寶石、氮化鋁、氮化鎵、 碳化硅、氧化鋅、硒化鋅等透明襯底上制備，薄膜厚度為2 2000nm。
5.權(quán)利要求1所述的提高銦摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電性能的方法，其特征在于所 針對的IZO透明導(dǎo)電膜可以是采用氧化鋅靶與氧化銦靶或金屬銦靶共濺射制備，也可以是 采用銦摻雜氧化鋅復(fù)合靶單靶濺射制備，還可以采用鋅靶和銦靶反應(yīng)濺射制備或者采用 鋅、銦合金靶反應(yīng)濺射制備。
6.權(quán)利要求1所述的提高銦摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電性能的方法，其特征在于所 針對的IZO透明導(dǎo)電膜中銦原子與銦原子和鋅原子之和的原子比[Ιη/αη+Ζη)] ( 50%。
7.權(quán)利要求1所述的提高銦摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電性能的方法，其特征在于利 用該種方法退火處理后的具有優(yōu)異光電性能的IZO導(dǎo)電膜，可應(yīng)用于太陽能電池、發(fā)光二 極管、液晶顯示LCD、觸摸屏、晶體管、平板顯示等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高銦摻雜氧化鋅透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電性能的方法。該法采用在真空狀態(tài)下或往退火爐內(nèi)充入一定量的惰性氣體(如氮?dú)?、氬氣?、氫氣或他們的混合氣體對IZO透明導(dǎo)電膜進(jìn)行退火處理，經(jīng)退火處理后的IZO透明導(dǎo)電膜電阻率顯著降低，而且退火后能保持IZO透明導(dǎo)電膜的高透過率。該法涉及的工藝條件為氣氛壓強(qiáng)為10-4～105Pa，退火溫度為80～600℃，退火時間為3秒～24小時。
文檔編號H01L51/50GK101985741SQ20091011227
公開日2011年3月16日 申請日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者曹永革, 王美麗, 鄧種華, 黃常剛 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所