法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2011-09-07
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):C23C14/08 授权公告日:20080220 终止日期:20100629 申请日:20050629
专利权的终止
2008-02-20
授权
授权
2006-03-08
实质审查的生效
实质审查的生效
2006-01-11
公开
公开
(一)技术领域
本发明涉及一种制备ZnO:Zr透明导电薄膜的方法，特别涉及一种射频磁控溅射法制备ZnO:Zr透明导电薄膜的方法，属于电子材料技术领域。
(二)背景技术
透明导电膜在微电子技术方面有着广泛的应用。现在最常用的透明导电薄膜是ITO(In2O3:Sn)薄膜，但当温度高于700K时，ITO薄膜的性能就开始退化，参见H.Kim等人的“用于有机发光器件的铟锡氧化物薄膜”，《应用物理快报》74(1999)3444(H.Kim al.，Indiumtin oxide thin films for organic light-emitting devices，Appl.Phys.Lett.74(1999)3444.)和C.Coutal等人的“用受激准分子激光蒸发制备ITO薄膜及薄膜的特性”，《固体薄膜》288(1996)248(C.Coutal，al，Fabrication and characterization of ITO thinfilms deposited by excimer laser evaporation，Thin Solid Films 288(1996)248)。而当应用到透明加热器和某些化学传感器上时，透明导电膜的高温(＞700K)稳定性是必须的。ZnO:Zr透明导电薄膜很有希望在高温(＞700K)下稳定工作，参见S.B.Qadri等人的“In2O3-ZrO2，SnO2-ZrO2和ZnO-ZrO2透明导电薄膜”，《固体薄膜》377/378(2000)750(S.B.Qadri，al.，Transparent conducting films of In2O3-ZrO2，SnO2-ZrO2 andZnO-ZrO2，Thin Solid Films 377/378(2000)750)。并且与ITO相比，ZnO:Zr透明导电薄膜的原料ZnO和ZrO2具有无毒、便宜和原料丰富等显著优点，所以，ZnO:Zr透明导电薄膜被看做是高温(＞700K)下ITO膜的理想取代者。
通过对现有文献的检索发现，制备ZnO:Zr透明导电薄膜的方法有脉冲激光沉积(PLD)法，参见H.Kim等人的“基于Zr掺杂的ZnO薄膜的用于有机发光二极管的阳极材料”，《应用物理快报》83(2003)3809(H.Kim，al.，Anode material based on Zr-doped ZnO thinfilms for organic light-emitting diodes，Appl.Phys.Lett.83(2003)3809)，还有溶胶-凝胶(sol-gel)法，参见G.K.Paul等人的“溶胶-凝胶法沉积的Zr掺杂的ZnO薄膜的结构、光学和电学性质研究”，《材料化学与物理》79(2003)71(G.K.Paul，al.，opticaland electrical studies on sol-gel deposited Zr doped ZnO fi lms，Materials ChemistryAnd Physics 79(2003)71)。脉冲激光沉积法虽然可以制得电阻率为5.4×10-4Ωcm的薄膜，但是设备昂贵，难以大面积成膜；溶胶-凝胶法虽然设备简单便宜，易于大面积成膜，但是成膜的均匀性和光电性能都比较差，用这种方法制得的薄膜最低电阻率只有7.6×10-2Ωcm。
(三)发明内容
本发明针对现有制备ZnO:Zr透明导电薄膜的方法存在的不足，提供一种射频磁控溅射法制备ZnO:Zr透明导电薄膜的方法。
本发明的技术方案如下：
一种射频磁控溅射法制备ZnO:Zr透明导电薄膜的方法，步骤如下：
(1)将纯度均为99.99WT％的ZnO和ZrO2粉末按重量比99∶1-90∶10充分混合，在55-65MPa的压强下压制成型后，送入高温烧结炉，在空气中1250℃-1350℃下烧结300-400分钟，烧制成ZnO:Zr靶材；
(2)将步骤(1)的靶材和清洗过的基片送入射频磁控溅射仪，溅射制备ZnO:Zr透明导电薄膜，溅射仪基础真空为5.0×10-4Pa，溅射气体为氩气，气压0.6-3.0Pa，溅射功率为50-200W，溅射时间为4-20分钟，膜厚为100-600nm。
上述步骤(1)中制备靶材时，ZnO和ZrO2粉末压制成型时间是15-25分钟。
上述步骤(2)中基片是#7059玻璃，对基片依次用超声波和丙酮清洗。
上述(2)中溅射气体氩气的纯度为99.99％。
本发明的方法与现有技术相比优良效果如下：
1.与脉冲激光沉积法相比，设备简单便宜、易于大面积成膜；
2.与溶胶一凝胶法相比，薄膜的光电性能明显改善，薄膜的电阻率可达到2.07×10-3Ωcm，可见光透过率达到92％。
(四)附图说明
图1实施例1中溅射制得的ZnO:Zr薄膜的XRD图像。
图2实施例2中溅射制得的ZnO:Zr薄膜的XRD图像。
图3实施例3中溅射制得的ZnO:Zr薄膜的XRD图像。
(五)具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1.
(1)将纯度均为99.99WT％的ZnO和ZrO2粉末按重量比95∶5，用球磨机充分混合；然后，将充分混合后的粉末在60MPa的压强下挤压15分钟成型，然后送入高温烧结炉，在空气中1300℃下烧结360分钟，制得ZnO:Zr靶材。
(2)选用#7059玻璃作为基片，对基片依次用超声波和丙酮清洗。将步骤(1)的靶材和清洗过的基片送入射频磁控溅射仪，溅射仪基础真空为5.0×10-4Pa，溅射气体为纯度为99.99％的氩气，调节溅射气压为0.6Pa，溅射功率为125W，溅射时间为6分钟，膜厚为170nm，制备薄膜。薄膜的电阻率为9.76×10-3Ωcm。
所制备的ZnO:Zr薄膜的XRD图像如图1所示，由图中可以看到，薄膜具有明显的ZnO(002)峰，说明薄膜已经形成很好的ZnO六角结构，并且C轴垂直于基片。
实施例2.
如实施例1所述，所不同的是步骤(2)中溅射时间为16分钟，膜厚为475nm。薄膜的电阻率为2.07×10-3Ωcm。所制备的ZnO:Zr薄膜的XRD图像如图2所示，与图1相比，ZnO(002)峰的强度显著增强，说明随着膜厚的增加，薄膜的晶粒更大，晶化更强。薄膜的电阻率也明显降低。
实施例3.
如实施例1所述，所不同的是步骤(2)中溅射时间为20分钟，膜厚为600nm。薄膜的电阻率为4.24×10-3Ωcm。所制备的ZnO:Zr薄膜的XRD图像如图3所示，与图2相比，ZnO(002)峰的强度变化不大，说明当膜厚增加到一定程度时，薄膜的晶粒大小和晶化程度趋于稳定。薄膜的电阻率有所升高。
实施例4.
如实施例1所述，所不同的是步骤(1)中ZnO和ZrO2粉末按重量比97∶3，挤压20分钟成型，溅射功率为100W，溅射时间为15分钟，膜厚为300nm。薄膜的电阻率为1×102Ωcm。
机译： 结晶Zno系统的透明导电薄膜的成膜方法，结晶Zno系统的透明导电薄膜和电阻膜型触摸屏
机译： 用射频磁控溅射法和薄膜太阳能电池用射频薄膜制备木质薄膜的方法
机译： 射频磁控溅射法制备太阳能电池抗反射涂层的方法
