專(zhuān)利名稱(chēng)：原子層沉積制備Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種光電材料技術(shù)領(lǐng)域的透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，具體是一種 原子層沉積制備Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，透明導(dǎo)電氧化物(TCO)作為電極材料在光電器件領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用， 包括太陽(yáng)能電池、平板顯示、有機(jī)發(fā)光二極管(OLEDs)等。銦錫氧化物(ITO)由于其高電導(dǎo) 率、高可見(jiàn)光透過(guò)率而成為最常用的TCO材料。然而，由于銦稀缺導(dǎo)致ITO價(jià)格昂貴，ZnO基 透明導(dǎo)電薄膜因其優(yōu)異的光電學(xué)性能及無(wú)毒價(jià)廉等一系列優(yōu)勢(shì)成為人們研究的熱點(diǎn)。非摻 雜純ZnO作為透明電極電阻率偏高且在高溫下不穩(wěn)定，可通過(guò)摻雜改善其性能，目前被報(bào) 道的有效摻雜物質(zhì)主要有A1、(ia、Zr、F等。其中，Al摻雜ZnO(AZO)被認(rèn)為是最有潛力代 替ITO的材料。AZO可用多種方法制備，包括磁控濺射、脈沖激光沉積(PLD)、化學(xué)氣相沉積(CVD) 和溶膠-凝膠法?；谖㈦娮蛹夹g(shù)發(fā)展迅猛，電子器件向小尺寸發(fā)展，原子層沉積(ALD)開(kāi) 始得到越來(lái)越多的關(guān)注，因?yàn)樗饶茉诒砻鎸?shí)現(xiàn)高形態(tài)比臺(tái)階覆蓋和大面積均勻生長(zhǎng)，也 能精確控制薄膜厚度在原子層級(jí)別。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，Banerjee等人在雜志Journal of Applied Physics 2010 年 108 卷第 4 期文獻(xiàn)編號(hào) 043504 發(fā)表的((Structural, electrical, and optical properties of atomic layerdeposition Al-doped ZnO films》中提出用 ALD 方法制備 AZO導(dǎo)電薄膜，采用先引入三甲基鋁再引入水蒸汽作為Al摻雜循環(huán)，但是該現(xiàn)有技術(shù)由于 Al成分摻雜不均使制備得到的AZO薄膜電阻率偏大，最低為4. 4X ΙΟ"3 Ω · cm。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種原子層沉積制備Al摻雜SiO 透明導(dǎo)電薄膜的方法，制備得到的透明導(dǎo)電薄膜均勻性?xún)?yōu)異；導(dǎo)電性好，電阻率可低至 7. 2X l(T4cm;可見(jiàn)光透過(guò)率高，可達(dá)90%以上。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明通過(guò)將基片加熱后依次進(jìn)行多組復(fù)合 沉積、每組復(fù)合沉積由多次ZnO沉積和Al摻雜沉積組成，得到原子層沉積制備的Al摻雜 ZnO透明導(dǎo)電薄膜。所述的基片為經(jīng)超聲清洗的玻璃。所述的超聲清洗是指采用異丙醇或去離子水將基片置于超聲清洗機(jī)中分別超聲 清洗lOmin，后用壓縮氮?dú)獯蹈苫砻?。所述的多次ZnO沉積是指在真空環(huán)境下依次用二乙基鋅和水蒸汽進(jìn)行沉積得到 ZnO,并反復(fù)沉積9 四個(gè)循環(huán)。所述的ZnO沉積是指將沉積室真空抽至IOhI^a IMJa后，向沉積室中引入二乙 基鋅Si(CH2CH3)2后，用高純氮?dú)馇逑闯练e室并向沉積室中引入水蒸汽，沉積得到單層&10，沉積結(jié)束后再用高純氮?dú)馇逑闯练e室，所述的二乙基鋅、高純氮?dú)夂退羝诔练e室內(nèi)暴露時(shí)間依次為0. ls、3s、0. Is、3s0所述的Al摻雜沉積是指在真空環(huán)境下用二乙基鋅、三甲基鋁和水蒸汽進(jìn)行沉積 得到Al摻雜，具體步驟包括將沉積室真空抽至IOhI^a letJa后，向沉積室中引入二乙基 鋅Zn (CH2CH3) 2后，用高純氮?dú)馇逑闯练e室并向沉積室中引入三甲基鋁Al (CH3) 3，再用高純 氮?dú)馇逑闯练e室并向沉積室中引入水蒸汽，從而實(shí)現(xiàn)單層Al摻雜沉積，沉積結(jié)束最后再用 高純氮?dú)馇逑闯练e室。所述的二乙基鋅、高純氮?dú)?、三甲基鋁和水蒸汽在沉積室內(nèi)暴露時(shí)間依次為0. Is、 3s、0.ls、3s、0. ls、3s0本發(fā)明采用原子層沉積方法，利用SiO良好的光電特性，摻入Al成分，在Al摻雜 沉積過(guò)程中，采用先引入二乙基鋅，再引入三甲基鋁的方法，更有利于Al成分的均勻摻雜， 形成了 Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜，由于Al的摻入，載流子濃度增加，薄膜的導(dǎo)電性能有了 很大的提高，且由于原子層沉積為自限制反應(yīng)，薄膜的均勻性極好。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，沉積過(guò)程易于控制，沉積后的薄膜無(wú)需進(jìn)行熱處理。本發(fā) 明制備的透明導(dǎo)電薄膜均勻性好，光電性能優(yōu)異，可用于制造太陽(yáng)能電池、有機(jī)發(fā)光二極管 (OLEDs)等光電器件的透明電極。


圖1為原子層沉積制備Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜流程圖。圖2實(shí)施例電壓控制示意圖；圖中(a)為ZnO沉積過(guò)程脈沖控制示意圖(b)陰影部分為Al摻雜沉積過(guò)程脈沖 控制示意3為原子層沉積Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。實(shí)施例1 將玻璃基片用異丙醇、去離子水在超聲波清洗器中洗凈，吹干，裝入原子層沉積室 內(nèi)。抽真空至IOhI^a 16hPa，將基片加熱至200°C，進(jìn)行ZnO沉積循環(huán)，即二乙基鋅/N2/ H20/N2 = (0. ls/3s/0. ls/3s)，循環(huán)9次后，進(jìn)行一次Al摻雜沉積循環(huán)，即二乙基鋅/N2/三 甲基鋁/N2/H20/N2 = (0. ls/3s/0. ls/3s/0. ls/3s)，ZnO沉積循環(huán)和Al摻雜沉積循環(huán)即為 一大循環(huán)，大循環(huán)進(jìn)行50次，待沉積室溫度降至室溫后，打開(kāi)沉積室，制成厚度約SOnm的薄 膜，經(jīng)ICP成分分析，得到Al的摻雜量為4. 6at. %。實(shí)施例2 將玻璃基片用異丙醇、去離子水在超聲波清洗器中洗凈，吹干，裝入原子層沉積室 內(nèi)。抽真空至IOhI^a 16hPa，將基片加熱至200°C，進(jìn)行ZnO沉積循環(huán)，即二乙基鋅/N2/H20/N2 = (0. ls/3s/0. ls/3s)，循環(huán)14次后，進(jìn)行一次Al摻雜沉積循環(huán)，即二乙基鋅/N2/三 甲基鋁/N2/H20/N2 = (0. ls/3s/0. ls/3s/0. ls/3s)，ZnO沉積循環(huán)和Al摻雜沉積循環(huán)即為 一大循環(huán)，大循環(huán)進(jìn)行34次，待沉積室溫度降至室溫后，打開(kāi)沉積室，制成厚度約SOnm的薄 膜，經(jīng)ICP成分分析，得到Al的摻雜量為3.7at. %。實(shí)施例3 將玻璃基片用異丙醇、去離子水在超聲波清洗器中洗凈，吹干，裝入原子層沉積室 內(nèi)。抽真空至IOhI^a 16hPa，將基片加熱至200°C，進(jìn)行ZnO沉積循環(huán)，即二乙基鋅/N2/ H20/N2 = (0. ls/3s/0. ls/3s)，循環(huán)19次后，進(jìn)行一次Al摻雜沉積循環(huán)，即二乙基鋅/N2/三 甲基鋁/N2/H20/N2 = (0. ls/3s/0. ls/3s/0. ls/3s)，ZnO沉積循環(huán)和Al摻雜沉積循環(huán)即為 一大循環(huán)，大循環(huán)進(jìn)行25次，待沉積室溫度降至室溫后，打開(kāi)沉積室，制成厚度約IOOnm的 薄膜，經(jīng)ICP成分分析，得到Al的摻雜量為2. 9at. %。實(shí)施例4 將玻璃基片用異丙醇、去離子水在超聲波清洗器中洗凈，吹干，裝入原子層沉積室 內(nèi)。抽真空至IOhI^a 16hPa，將基片加熱至200°C，進(jìn)行ZnO沉積循環(huán)，即二乙基鋅/N2/ H20/N2 = (0. ls/3s/0. ls/3s)，循環(huán)對(duì)次后，進(jìn)行一次Al摻雜沉積循環(huán)，即二乙基鋅/N2/三 甲基鋁/N2/H20/N2 = (0. ls/3s/0. ls/3s/0. ls/3s)，ZnO沉積循環(huán)和Al摻雜沉積循環(huán)即為 一大循環(huán)，大循環(huán)進(jìn)行20次，待沉積室溫度降至室溫后，打開(kāi)沉積室，制成厚度約SOnm的薄 膜，經(jīng)ICP成分分析，得到Al的摻雜量為2. Mt. %。實(shí)施例5 將玻璃基片用異丙醇、去離子水在超聲波清洗器中洗凈，吹干，裝入原子層沉積室 內(nèi)。抽真空至IOhI^a 16hPa，將基片加熱至200°C，進(jìn)行ZnO沉積循環(huán)，即二乙基鋅/N2/ H20/N2 = (0. ls/3s/0. ls/3s)，循環(huán)四次后，進(jìn)行一次Al摻雜沉積循環(huán)，即二乙基鋅/N2/三 甲基鋁/N2/H20/N2 = (0. ls/3s/0. ls/3s/0. ls/3s)，ZnO沉積循環(huán)和Al摻雜沉積循環(huán)即為 一大循環(huán)，大循環(huán)進(jìn)行17次，待沉積室溫度降至室溫后，打開(kāi)沉積室，制成厚度約IOOnm的 薄膜，經(jīng)ICP成分分析，得到Al的摻雜量為1.7at. %。在Accent HL5500霍爾測(cè)試儀上對(duì)Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜進(jìn)行電學(xué)性能評(píng)價(jià)， 在紫外-可見(jiàn)光譜儀上進(jìn)行光學(xué)性能評(píng)價(jià)。表1為實(shí)施例1-5的Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄 膜以及純ZnO薄膜在室溫下的電阻率。表2為實(shí)施例1-5的Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜以 及純ZnO薄膜的可見(jiàn)光透過(guò)率。表 權(quán)利要求
1.一種原子層沉積制備Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的方法，其特征在于，通過(guò)將基片加 熱后依次進(jìn)行多組復(fù)合沉積、每組復(fù)合沉積由多次ZnO沉積和Al摻雜沉積組成，得到原子 層沉積制備的Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子層沉積制備Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的方法，其特征 是，所述的基片為經(jīng)超聲清洗的玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子層沉積制備Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的方法，其特征 是，所述的多次是指10次以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子層沉積制備Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的方法，其特征 是，所述的多次ZnO沉積是指在真空環(huán)境下依次用二乙基鋅和水蒸汽進(jìn)行沉積得到&10， 并反復(fù)沉積9 四個(gè)循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的原子層沉積制備Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的方法，其特 征是，所述的ZnO沉積是指將沉積室真空抽至IOhI^a IMJa后，向沉積室中引入二乙基 鋅Si(CH2CH3)2后，用高純氮?dú)馇逑闯练e室并向沉積室中引入水蒸汽，沉積得到單層&ι0，沉 積結(jié)束后再用高純氮?dú)馇逑闯练e室。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的原子層沉積制備Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的方法，其特征 是，所述的二乙基鋅、高純氮?dú)夂退羝诔练e室內(nèi)暴露時(shí)間依次為0. ls、3s、0. ls、3s。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子層沉積制備Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的方法，其特征 是，所述的Al摻雜沉積是指在真空環(huán)境下用二乙基鋅、三甲基鋁和水蒸汽進(jìn)行沉積得到 Al摻雜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子層沉積制備Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的方法，其特征 是，所述的Al摻雜沉積是指將沉積室真空抽至IOhI^a letJa后，向沉積室中引入二乙基 鋅Zn (CH2CH3) 2后，用高純氮?dú)馇逑闯练e室并向沉積室中引入三甲基鋁Al (CH3) 3，再用高純 氮?dú)馇逑闯练e室并向沉積室中引入水蒸汽，從而實(shí)現(xiàn)單層Al摻雜沉積，沉積結(jié)束最后再用 高純氮?dú)馇逑闯练e室。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的原子層沉積制備Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的方法，其特征 是，所述的二乙基鋅、高純氮?dú)狻⑷谆X和水蒸汽在沉積室內(nèi)暴露時(shí)間依次為0. ls、3s、 0.ls、3s、0. ls、3s0
10.一種Al摻雜aiO透明導(dǎo)電薄膜，其特征在于，根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述方法制備 得到。
全文摘要
一種光電材料技術(shù)領(lǐng)域的原子層沉積制備Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的方法，通過(guò)將基片加熱后依次進(jìn)行多組復(fù)合沉積、每組復(fù)合沉積由多次ZnO沉積和Al摻雜沉積組成，得到原子層沉積制備的Al摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜。本發(fā)明制備得到的透明導(dǎo)電薄膜均勻性?xún)?yōu)異；導(dǎo)電性好，電阻率可低至7.2×10-4cm；可見(jiàn)光透過(guò)率高，可達(dá)90％以上。
文檔編號(hào)C23C16/44GK102051594SQ201110030298
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者何丹農(nóng), 余震, 姜來(lái)新, 宋佳, 尹桂林, 牟海川 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué), 上海納米技術(shù)及應(yīng)用國(guó)家工程研究中心有限公司