本發(fā)明專利技術(shù)屬于光電子信息功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，包括如下步驟：稱取ZnO粉末和Ga2O3粉末，其中Ga占總粉末的摩爾百分含量為1~3%，將稱取的粉末經(jīng)預(yù)燒結(jié)和燒結(jié)處理，制得Ga摻雜ZnO靶材；將襯底和制得的靶材裝入磁控濺射鍍膜機中，將濺射室抽真空，通入氬氣，控制工作壓強為0.1~0.5Pa；將襯底的溫度升至300~600℃，控制濺射功率為80~120W，進(jìn)行鍍膜處理，制得Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜，本發(fā)明專利技術(shù)的制備方法可大面積規(guī)模化生產(chǎn)、工藝簡單、成本低，制得的透明導(dǎo)電薄膜表面平整致密，粗糙度較小，電阻率低，透過率高，性能穩(wěn)定，應(yīng)用前景廣闊。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于光電子信息功能材料
，具體涉及。
技術(shù)介紹
透明導(dǎo)電薄膜是把光學(xué)透明性能與導(dǎo)電性能復(fù)合在一體的光電材料，由于其具有優(yōu)異的光電特性，成為近年來的研究熱點和前沿課題，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于平板顯示、太陽能電池、光電器件、壓電器件和聲學(xué)器件等多個領(lǐng)域。透明導(dǎo)電氧化物薄膜主要有氧化銦(In2O3)、氧化錫(SnO2)和氧化鋅(ZnO)基三大體系。SnO2膜是最早獲得商業(yè)使用的透明導(dǎo)電材料，但這種薄膜難以刻蝕，且SnO2的成膜溫度相對較高，在有機材料襯底上不容易獲得高質(zhì)量的透明導(dǎo)電薄膜；目前，錫摻雜氧化銦(ITO)薄膜是使用最廣泛的透明導(dǎo)電膜，主要應(yīng)用在平板顯示等商業(yè)領(lǐng)域，但I(xiàn)n是一種稀有金屬，產(chǎn)量少，價格昂貴，而且ITO應(yīng)用于太陽能電池時，在等離子體中不夠穩(wěn)定。因此，人們迫切需要找到一種價格低廉且性能優(yōu)異的ITO替換材料。近年來，ZnO作為一種透明導(dǎo)電氧化物薄膜材料引起了廣泛的關(guān)注，與傳統(tǒng)的In2O3基和SnO2基透明導(dǎo)電薄膜相比，ZnO透明導(dǎo)電膜具有原材料豐富、無毒、摻雜可以提高薄膜的電導(dǎo)率和穩(wěn)定性等優(yōu)點，作為一種重要的光電子信息材料，ZnO透明導(dǎo)電膜優(yōu)良的光電特性使其在太陽能電池、液晶顯示器、熱反射鏡等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。由于ZnO薄膜的電阻率很大，為提高ZnO薄膜的電學(xué)性能，常用III族元素(Al，In)對其進(jìn)行η型摻雜。申請?zhí)枮?01010214412. 7的中國專利技術(shù)專利公開了一種Al摻雜的ZnO透明導(dǎo)電薄膜，所述薄膜材料的化學(xué)成分符合化學(xué)式ZrvxAlxO，其中O. 01彡χ彡O. 05 ;申請?zhí)枮?00910111243. I的中國專利技術(shù)專利公開了一種低銦摻雜量氧化鋅透明導(dǎo)電膜，該導(dǎo)電膜中，銦原子與銦原子和鋅原子之和的原子比 2%，沿(002)取向的六方纖鋅礦相結(jié)構(gòu)。然而，用Al或In摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜仍有一些不足之處一方面，在高摻雜濃度情況下，Al和In摻雜對ZnO晶格畸變的影響較大；另一方面，在薄膜的沉積過程中，Al和In易氧化，使透明導(dǎo)電薄膜性能不穩(wěn)定。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點和不足，本專利技術(shù)的目的在于提供，本專利技術(shù)的制備方法可大面積規(guī)模化生產(chǎn)、工藝簡單、成本低，所制得的Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜表面平整致密，粗糙度較小，電阻率低，透過率高，性能穩(wěn)定，應(yīng)用前景廣闊。本專利技術(shù)的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)，包括如下步驟`(I)稱取ZnO粉末和Ga2O3粉末，其中Ga占總粉末的摩爾百分含量為Γ3%，將稱取的粉末經(jīng)預(yù)燒結(jié)處理，將預(yù)燒結(jié)后的粉末再經(jīng)燒結(jié)處理，制得Ga摻雜ZnO靶材； (2)將襯底和步驟(I)制得的靶材裝入磁控濺射鍍膜機中，靶材和襯底的距離為6 10cm，將濺射室抽真空至I. OXKT4Pa I. O X l(T3Pa，通入氬氣，氣體流量為2(T25sccm，控制工作壓強為O. Γ0. 5Pa ； (3)將步驟(2)中襯底的溫度升至30(T60(TC，控制濺射功率為8CT120W，濺射時間為r3h,進(jìn)行鍍膜處理，制得Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜。優(yōu)選的，步驟(I)中，Ga占總粉末的摩爾百分含量為2%。 優(yōu)選的，步驟(I)中，預(yù)燒結(jié)的具體步驟為將稱取的粉末加入相當(dāng)于ZnO質(zhì)量O. 8^1. 2倍的無水乙醇球磨f 2h，使其混合均勻，隨后烘干5 7h，將干燥好的粉末在50(T90(TC溫度下保溫4 6h進(jìn)行預(yù)燒結(jié)處理。優(yōu)選的，步驟(I)中，燒結(jié)的具體步驟為將預(yù)燒結(jié)后的粉末加入相當(dāng)于ZnO質(zhì)量8% 12%的聚乙烯醇研磨l 3h，使其混合均勻，隨后在15 25MPa壓力下壓制成型，將壓制成型的生坯在120(Tl40(rC溫度下保溫3 5h進(jìn)行燒結(jié)處理。優(yōu)選的，步驟(I)和步驟(2)中，ZnO粉末的純度為99%以上，Ga2O3粉末和氬氣的純度均為99. 99%以上。優(yōu)選的，步驟(2)中，襯底為藍(lán)寶石、玻璃和石英中的任意一種。優(yōu)選的，步驟(2)中，靶材和襯底的距離為8cm，濺射室的真空氣壓為5X10_4Pa。優(yōu)選的，步驟(2)中，氣體流量為22sccm，工作壓強為O. 3Pa。優(yōu)選的，步驟(3)中，襯底的溫度為450°C，濺射功率為100W，濺射時間為2h。根據(jù)上述制備方法制得的一種Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜，所述薄膜均為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，具有(002)方向的擇優(yōu)生長優(yōu)勢，表面平整致密，粗糙度較小，性能穩(wěn)定，薄膜的電阻率< 6Χ10_4Ω · cm，可見光光譜范圍平均透過率彡90%。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點 本專利技術(shù)的制備方法可大面積規(guī)模化生產(chǎn)、工藝簡單、成本低，制備過程中無重金屬中毒或污染等現(xiàn)象，所制得的Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜均為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，具有(002)方向的擇優(yōu)生長優(yōu)勢，表面平整致密，粗糙度較小，電阻率低，透過率高，性能穩(wěn)定，可以替代目前大量使用的ITO薄膜，應(yīng)用于平板顯示、太陽能電池、光電器件、壓電器件和聲學(xué)器件等多個領(lǐng)域。附圖說明 圖I為實施例I中Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的XRD圖譜； 圖2為實施例I中Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的光學(xué)透射譜； 圖3為實施例2中Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的XRD圖譜； 圖4為實施例2中Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的光學(xué)透射譜； 圖5為實施例3中Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的XRD圖譜； 圖6為實施例3中Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的光學(xué)透射譜。具體實施例方式 為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合實施例及附圖1飛對本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。實施例I，稱取純度為99%的ZnO粉末40g和純度為99. 99%的Ga2O3粉末O. 47g，其中Ga占總粉末的摩爾百分含量為1%，將稱取的粉末加入32mL無水乙醇球磨lh，使其混合均勻，隨后烘干5h，將干燥好的粉末在500°C溫度下保溫4h進(jìn)行預(yù)燒結(jié)處理，將預(yù)燒結(jié)后的粉末加入3. 2g聚乙烯醇研磨lh，使其混合均勻，隨后在15MPa壓力下壓制成型，將壓制成型的生坯在1200°C溫度下保溫3h進(jìn)行燒結(jié)處理，制得Ga摻雜ZnO靶材；將清洗干凈的藍(lán)寶石襯底和制得的靶材裝入磁控濺射鍍膜機中，靶材和襯底的距離為6cm，將濺射室抽真空至I. OX 10_4Pa，通入純度為99. 99%的氬氣，氣體流量為20sccm，控制工作壓強為O. IPa ;將襯底的溫度升至300°C，控制濺射功率為80W，濺射時間為lh，進(jìn)行鍍膜處理，制得Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜，本專利技術(shù)的制備方法可大面積規(guī)模化生產(chǎn)、工藝簡單、成本低。根據(jù)上述制備方法制得的一種Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜，表面平整致密，粗糙度較小，經(jīng)檢測得到圖I和圖2，圖I為實施例I中Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的XRD圖譜，可見制得的Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜均為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，具有(002)方向的擇優(yōu)生長優(yōu)勢；圖2為實施例I中Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的光學(xué)透射譜，可見制得的Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜在可見光光譜范圍內(nèi)的平均透過率達(dá)90% ;經(jīng)檢測所得薄膜的電阻率為·5.32 X ICT4 Ω · cm,性能穩(wěn)定。實施例2 ，稱取純度為99%的ZnO粉末40g和純度為99. 99%的Ga2O3粉末O. 94g，其中Ga占總粉末的摩爾百分含量為2%，將稱取的粉末加入40mL無水乙醇球磨I. 5h，使其混合均勻，隨后烘干6h，本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：（1）稱取ZnO粉末和Ga2O3粉末，其中Ga占總粉末的摩爾百分含量為1~3%，將稱取的粉末經(jīng)預(yù)燒結(jié)處理，將預(yù)燒結(jié)后的粉末再經(jīng)燒結(jié)處理，制得Ga摻雜ZnO靶材；（2）將襯底和步驟（1）制得的靶材裝入磁控濺射鍍膜機中，靶材和襯底的距離為6~10cm，將濺射室抽真空至1.0×10？4Pa～1.0×10？3Pa，通入氬氣，氣體流量為20~25sccm，控制工作壓強為0.1~0.5Pa；（3）將步驟（2）中襯底的溫度升至300~600℃，控制濺射功率為80~120W，濺射時間為1~3h，進(jìn)行鍍膜處理，制得Ga摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉敏霞，吳木營，
申請(專利權(quán))人：東莞理工學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。