專利名稱：Nb摻雜生長n型ZnO透明導(dǎo)電薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及透明導(dǎo)電薄膜的生長方法，尤其涉及一種Nb摻雜生長n型ZnO 透明導(dǎo)電薄膜的方法。
技術(shù)背景透明導(dǎo)電薄膜是在可見光區(qū)域透光、紫外區(qū)截至，具有較低電阻率的一種 功能薄膜，在液晶顯示器、太陽能電池等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。ZnO中摻入適量的Nb205，將Nb取代Zn的位置，形成施主Nb^+,可以 有效地調(diào)節(jié)ZnO的電學(xué)性能。由于NbS+與Z,的離子半徑非常接近，所以Nb 對Zn的替代不會引起晶格常數(shù)的很大變化，當Nb含量不太高時，Nb的摻入不 會改變ZnO的晶體結(jié)構(gòu)。因此，Nb摻雜n型ZnO晶體薄膜是理想的透明導(dǎo)電 材料。目前商用透明導(dǎo)電薄膜仍以價格昂貴的ITO為主，如果能夠制備性能良好 且價格低廉的n型ZnO透明導(dǎo)電薄膜，便可以在透明電極以及薄膜晶體管等光 電器件上得到應(yīng)用。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種Nb摻雜生長n型ZnO透明導(dǎo)電薄膜的方法。本 發(fā)明的Nb摻雜n型ZnO透明導(dǎo)電薄膜，其電阻率為10—3 10—4Qcm，可見光區(qū) 域透射率為85%以上。Nb摻雜生長n型ZnO透明導(dǎo)電薄膜采用的是脈沖激光沉積法，包括如下步驟1) 稱取25 30g純度》99.99%的ZnO和0.01 lg純度》99.99 %的Nb2Os 粉末，球磨混合均勻、壓制成型，然后在1000 130(TC溫度下燒結(jié)，制得摻Nb 的ZnO陶瓷耙；2) 將摻Nb的ZnO陶瓷靶和清洗過的襯底放入脈沖激光沉積裝置的生長室 中，靶材與襯底之間的距離為4 6cm，生長室抽真空度至少至10'3Pa，襯底加 熱升溫到100 600°C，生長室通入純度》99.99 %的氧氣，控制壓強為0.01 1 Pa，開啟激光器，讓激光束聚焦到靶面燒蝕靶材，形成余輝，沉積在襯底上， 制得Nb摻雜n型ZnO透明導(dǎo)電薄膜，將薄膜在氧氣氛下冷卻至室溫。上述的襯底是藍寶石或石英或玻璃。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果1) 方法簡單，n型摻雜濃度可以通過調(diào)節(jié)靶材中Nb的含量來控制；2) 在ZnO透明導(dǎo)電薄膜生長過程中實現(xiàn)施主Nb的實時摻雜；3) 由于摻雜元素來自靶材，因此可以實現(xiàn)高濃度摻雜；4) 本發(fā)明的ZnO透明導(dǎo)電薄膜在可見光區(qū)域透射率為85X以上。


附圖是脈沖激光沉積裝置示意圖，圖中激光器l、生長室2、靶材3、襯底4。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，通過實例對本發(fā)明作進一步的說明。 實施例11) 稱取25g純度》99.99%的ZnO和0.01g純度>99.99%的岫205粉末，球 磨混合均勻、壓制成型，然后在100(TC溫度下燒結(jié)，制得摻Nb的ZnO陶瓷靶;2) 將摻Nb的ZnO陶瓷靶和清洗過的藍寶石襯底放入脈沖激光沉積裝置的 生長室中，耙材與藍寶石襯底之間的距離為4 cm，生長室抽真空度至少至l(T3 Pa,襯底加熱升溫到100°C，生長室通入純度》99.99%的氧氣，控制壓強為0.01 Pa，開啟激光器，讓激光束聚焦到靶面燒蝕靶材，形成余輝，沉積在襯底上， 制得Nb慘雜n型ZnO透明導(dǎo)電薄膜，將薄膜在氧氣氛下冷卻至室溫。實施例21) 稱取30g純度>99.99%的ZnO和lg純度》99.99%的Nb205粉末，球磨 混合均勻、壓制成型，然后在1300'C溫度下燒結(jié)，制得摻Nb的ZnO陶瓷靶；2) 將摻Nb的ZnO陶瓷靶和清洗過的石英襯底放入脈沖激光沉積裝置的生 長室中，靶材與石英襯底之間的距離為6 cm，生長室抽真空度至少至l(^Pa， 襯底加熱升溫到60(TC，生長室通入純度》99.99%的氧氣，控制壓強為1 Pa，開 啟激光器，讓激光束聚焦到靶面燒蝕靶材，形成余輝，沉積在襯底上，制得Nb 摻雜n型ZnO透明導(dǎo)電薄膜，將薄膜在氧氣氛下冷卻至室溫。實施例3以玻璃為襯底生長n型ZnO透明導(dǎo)電薄膜，具體步驟如下-1 )陶瓷靶的制備稱取25.4g純度為99.99%的ZnO和0.25g純度為99.99% 的Nb20s粉末。將稱量好的ZnO和Nb205粉末倒入裝有瑪瑙球的球磨罐中，在 球磨機上球磨48個小時，目的是將ZnO和Nb205粉末混合均勻并在一定程度上 細化。然后將原料分離出來并烘干，添加粘結(jié)劑研磨，壓制成型。把成型的胚 體放入燒結(jié)爐中，經(jīng)低溫(400°C)排素，使粘結(jié)劑揮發(fā)，再升溫至120(TC燒結(jié)3小時，制得Nb摩爾百分含量為0.6%的Nb摻雜ZnO陶瓷靶。2)薄膜的制備將摻Nb的ZnO陶瓷靶裝在靶材架上，然后嵌入脈沖激光 沉積裝置的靶托中。將玻璃襯底經(jīng)過清洗后固定在樣品臺上，放入生長室2。調(diào) 節(jié)襯底4和靶材3的距離為4.5 cm，并用擋板將襯底和靶隔開。生長室真空度 抽至8xl(T4 Pa，襯底加熱至薄膜生長溫度400°C 。通入純02，壓強控制在0.03 Pa。 開啟激光器1 (脈沖激光能量為200 mJ，頻率3 Hz),預(yù)沉積10 min,除去靶材 表面的玷污，然后旋開擋板，沉積薄膜。沉積過程中襯底和靶材低速旋轉(zhuǎn)，以 改善薄膜的均勻性。沉積時間為60min，薄膜厚約為400nm。生長結(jié)束后薄膜 在5Pa的氧氣保護下緩慢冷卻至室溫。上述Nb摻雜n型ZnO透明導(dǎo)電薄膜的室溫光電性能優(yōu)良電阻率為7.53 Xl(T4Qcm，電子濃度為5.16X102()cm-3，霍爾遷移率為16.1 cm2/V.s,可見光區(qū) 域投射率大于88%,放置數(shù)個月后薄膜的光電學(xué)性能沒有明顯變化。 實施例4制備方法同實施例l，區(qū)別在于生長襯底為石英。本例制得的Nb摻雜n型 ZnO透明導(dǎo)電薄膜的室溫電阻率為7.64X10"Qcm，電子濃度為3.75xl02()cm'3， 霍爾遷移率為21.7cr^/V.s，可見光區(qū)域投射率大于89%,放置數(shù)個月后薄膜的 光電學(xué)性能沒有明顯變化。實施例5制備方法同實施例1，區(qū)別在于摻雜ZnO陶瓷靶中的Nb摩爾百分含量為 0.3%。本例制得的Nb摻雜n型ZnO透明導(dǎo)電薄膜的室溫電阻率為1.38X l(T3 Q cm，電子濃度為2.62X10" cm—3,霍爾遷移率為17.2 cm2/V.s，可見光區(qū)域投射 率大于87%，放置數(shù)個月后薄膜的光電學(xué)性能沒有明顯變化。
權(quán)利要求
1.一種Nb摻雜生長n型ZnO透明導(dǎo)電薄膜的方法采用的是脈沖激光沉積法，其特征在于包括如下步驟1)稱取25～30g純度≥99.99％的ZnO和0.01～1g純度≥99.99％的Nb2O5粉末，球磨混合均勻、壓制成型，然后在1000～1300℃溫度下燒結(jié)，制得摻Nb的ZnO陶瓷靶；2)將摻Nb的ZnO陶瓷靶和清洗過的襯底放入脈沖激光沉積裝置的生長室中，靶材與襯底之間的距離為4～6cm，生長室抽真空度至少至10-3Pa，襯底加熱升溫到100～600℃，生長室通入純度≥99.99％的氧氣，控制壓強為0.01～1Pa，開啟激光器，讓激光束聚焦到靶面燒蝕靶材，形成余輝，沉積在襯底上，制得Nb摻雜n型ZnO透明導(dǎo)電薄膜，將薄膜在氧氣氛下冷卻至室溫。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Nb摻雜生長n型ZnO透明導(dǎo)電薄膜的方法， 其特征在于所述的襯底是藍寶石或石英或玻璃。全文摘要
本發(fā)明公開的一種Nb摻雜生長n型ZnO透明導(dǎo)電薄膜的方法采用的是脈沖激光沉積法。靶材是由高純ZnO和Nb₂O₅粉末混合燒結(jié)的陶瓷靶，其中Nb的摩爾百分含量為0.1％～5％。將摻Nb的ZnO陶瓷靶和清洗過的襯底放入脈沖激光沉積裝置的生長室中，生長室抽真空，在壓強為0.01～1Pa的純氧氣氛下生長，生長溫度為100～600℃。本發(fā)明方法簡單，電子濃度可以通過調(diào)節(jié)靶材中Nb的摩爾百分含量控制；摻雜元素來自靶材，可以實現(xiàn)高濃度摻雜；制得的n型ZnO透明導(dǎo)電薄膜具有良好的光電性能，電阻率為10^-3～10^-4Ωcm，可見光區(qū)域透射率為85％以上。
文檔編號C23C24/00GK101245460SQ20081006123
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者葉志鎮(zhèn), 吳亞貞, 林均銘, 趙炳輝 申請人:浙江大學(xué)