[发明专利]制备非晶态透明氧化锌薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及氧化锌薄膜的制备方法。

背景技术

宽禁带氧化物半导体由于在可见光范围内具有高透过率和良好的导电性能，被广泛应用于太阳能电池、平板显示器、有机光发射二极管、低辐射玻璃、透明薄膜晶体管及柔性电子器件等领域，其商业化前景十分看好。传统的半导体薄膜，存在大量的晶界等缺陷，引发了诸多器件性能方面的问题。如器件稳定性降低，均匀性变差，I-V特性随时间变化显著，受力弯折后性能发生突变等，这些都限制了材料应用领域。

理论和实验证明，非晶态薄膜材料由于不存在晶界等缺陷，所制备的器件具有很好的均匀性及良好的抗弯曲性能等。非晶态氧化锌基半导体氧化物，具有以下特点：(1)金属锌元素取得容易，价格便宜；(2)非晶态的氧化锌导电性与晶态的ITO导电性相近，且非晶型态结构易于刻蚀；(3)非晶态的氧化锌表面粗糙度较ITO平缓，有助于光电器件的发光效率及寿命延长；(4)非晶态的氧化锌有利于低温成长，可在柔性基底上得到性质良好的透明导电膜；(5)显著弯曲后仍保持性能不变；(6)适当的掺杂可有效改善导电能力等。该材料受到广大研究人员的青睐，是目前应用在透明柔性电子器件最被看好的半导体材料。

中国发明专利申请ZL201010218263(发明名称“低温形成非晶态透明氧化物薄膜的方法”)公开了一种非晶态透明氧化物薄膜的制备方法，该方法虽然具有诸多优点，但仍然存在以下缺陷：1)通过低温(273K)沉积获得的薄膜附着力差，容易脱落；2)薄膜制备过程中的低温环境实现困难，成本高，无法进行大规模制备。

Z.W.Li等在Surface&Coatings Technology 198(2005)319-323发表的论文“Zinc oxide films by thermal oxidation of zinc thin films”公开了在玻璃基底上沉积锌薄膜并对其热氧化处理来获得氧化锌薄膜的方法。金兰等在复旦学报第45卷第3期发表的论文“原位氧化制备氧化锌薄膜及其表征”公开了在云母基底上热蒸镀锌膜后再采用原位氧化方法制备氧化锌薄膜。上述论文均没有考虑热氧化处理时的升温速率和热处理温度对氧化锌薄膜非晶态以及透明率方面的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备非晶态透明氧化锌薄膜的方法，其能够克服上述现有氧化锌薄膜制备方法的某种或某些缺点。

根据本发明的制备非晶态透明氧化锌薄膜的方法包括步骤：

室温下采用磁控反应溅射法在基底上沉积金属锌薄膜；以及

在大气环境下对沉积有金属锌薄膜的基底进行热处理，

其中，热处理温度为400℃～600℃，升温速率为每分钟30至80摄氏度，并且热处理时间为1～2小时。

热处理温度优选为450℃～550℃；更优选为490℃～510℃。热处理的升温速率优选为每分钟50至70摄氏度；更优选为每分钟55至65摄氏度。热处理时间优选为1.2～1.5小时；更优选为1.3～1.4小时。在上述范围内的热处理参数，尤其是热处理温度和升温速率，对氧化锌薄膜的特性例如非晶态和透明度有显著影响。

在本发明的一个优选实施例中，在基底上沉积金属锌薄膜是在真空度为2×10^-4Pa以上的真空室中进行的。

在本发明的另一个优选实施例中，在基底上真空沉积金属锌薄膜所采用的溅射靶为纯度99.99％以上的金属锌。轰击溅射靶所采用的工作气体优选为氩气，并且工作气体的气压优选为10^-2～10^-1Pa。

在本发明的方法中，基底材料不受特别限制，例如可以为石英、玻璃、晶体或硅片等。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：在空气气氛中，通过恰当设定金属锌(薄膜)的热处理(或热氧化)温度和升温速率而实现氧化锌薄膜的非晶态和透明的目的，从而使得到的氧化锌薄膜能够更加广泛应用于太阳能电池、平板显示器、有机光发射二极管、低辐射玻璃、透明薄膜晶体管及柔性电子器件等领域。

附图说明

图1是根据本发明的非晶态透明氧化锌薄膜制备原理示意图；

图2a是根据本发明方法所制备的氧化锌薄膜以及使用常规热处理方法制备的氧化锌薄膜的X射线衍射谱图；以及

图2b是根据本发明方法所制备的氧化锌薄膜以及使用常规热处理方法制备的氧化锌薄膜的光学透过率曲线。

具体实施方式