專利名稱：一種透明導(dǎo)電氧化物CuAlO₂薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電薄膜材料，特別是一種可用于發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池、平面顯示器等光電器件的透明導(dǎo)電氧化物CuAio2薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
透明導(dǎo)電氧化物(transparent conducting oxide,簡(jiǎn)稱TC0)薄膜具有禁帶寬、電阻率低、可見光范圍光學(xué)透過(guò)率高和紅外光譜區(qū)域光反射率高等特性而被廣泛用作太陽(yáng)能電池、平面顯示、電磁防護(hù)罩、功能窗、傳感器以及其它光電器件領(lǐng)域。TCO薄膜雖取得了蓬勃發(fā)展，但目前的透明導(dǎo)電薄膜多為η型，且一直局限于作為單一的電學(xué)或光學(xué)薄膜使用，并沒有制成真正意義上的“透明器件”。而只有η型和P型導(dǎo)電材料構(gòu)成的ρ-η結(jié)才能制作成半導(dǎo)體器件，P型TCO材料是制作透明ρ-η結(jié)的必不可少的材料。但P型TCO薄膜發(fā)展較為緩慢，常見的P型導(dǎo)電薄膜很少，而且比η型導(dǎo)電薄膜的電導(dǎo)率要低3-4個(gè)數(shù)量級(jí)，因而難以制成具有良好性能的Ρ-η結(jié)，制約了半導(dǎo)體相關(guān)器件的開發(fā)和應(yīng)用。CuAlO2是首先被報(bào)道，也是Cu+基銅鐵礦氧化物中最重要的一種材料。CuAlO2是銅鐵礦結(jié)構(gòu)的晶體材 料，間接帶隙Eg=L 8eV,直接帶隙Eg=3.5eV。該晶胞中有4個(gè)原子,具有3個(gè)特征結(jié)構(gòu)單元:平行c軸分布的O-Cu-O啞鈴結(jié)構(gòu)；垂直c軸的六角Cu層；以及AlO2共邊八面體,其中Al位于八面體中心，Al-O結(jié)合作為支撐O-Cu-O結(jié)構(gòu)的分子骨架。啞鈴O-Cu-O層和共邊八面體層(AlO2)交替、沿c軸堆垛排列，所以CuAlO2是一種層狀的天然超晶格結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得CuAlO2具有各向異性。P型CuAlO2薄膜的發(fā)現(xiàn)突破了長(zhǎng)期以來(lái)P型TCO薄膜難以逾越的界限，為制備透明薄膜ρ-η結(jié)二極管和透明晶體管奠定了基礎(chǔ)，開辟了半導(dǎo)體材料與器件中一個(gè)基于“透明”意義的嶄新的領(lǐng)域。以CuAlO2為代表的Cu+基透明導(dǎo)電氧化物薄膜的應(yīng)用研究主要集中在與η型半導(dǎo)體材料ZnO結(jié)合，制備透明ρ-η結(jié)、場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)、室溫深紫外LED有源器件以及傳感器等。除此之外，最近又發(fā)現(xiàn)CuAlO2具有光伏特性、對(duì)臭氧的氣敏特性、場(chǎng)發(fā)射特性、熱電特性以及光催化特性等。迄今為止，不同的研究者已經(jīng)用磁控濺射法、電子束蒸發(fā)、噴涂熱分解、溶膠-凝膠等已成功地制備出CuAlO2薄膜，但由于CuAlO2薄膜的晶化溫度高，薄膜制備過(guò)程中需要非常高的襯底溫度，因而所制備的薄膜中CuAlO2相含量偏低，且薄膜結(jié)晶度不高。中國(guó)專利(CN201210059150.0)公布了采用電子束蒸發(fā)鍍膜技術(shù)制備P型CuAlO2透明導(dǎo)電薄膜的方法，以Cu2O和Al2O3為原料，通過(guò)研磨和燒結(jié)制備了 CuAlO2陶瓷靶材，在不通入任何反應(yīng)氣體的條件下，將燒結(jié)好的CuAlO2陶瓷靶材放入電子束蒸發(fā)鍍膜系統(tǒng)中進(jìn)行電子束蒸發(fā)鍍膜，得到了 P型CuAlO2透明導(dǎo)電薄膜。中國(guó)專利(CN201210042541.1)采用高真空磁控濺射工藝，通過(guò)共靶濺射和兩步退火方式，制備了 &^102透明導(dǎo)電薄膜。中國(guó)專利(CN200910218867.3)以一水乙酸銅和九水硝酸鋁為原料，公布了一種微波水熱法制備CuAlO2透明導(dǎo)電薄膜的方法?？傊F(xiàn)有制備方法難以達(dá)到CuAlO2相高結(jié)晶溫度(IOOO0C以上)和所制備的薄膜中CuAlO2相含量偏低、薄膜結(jié)晶質(zhì)量差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種結(jié)晶質(zhì)量高的透明導(dǎo)電氧化物CuAlO2薄膜的制備方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種透明導(dǎo)電氧化物CuAlO2薄膜的制備方法，采用脈沖激光等離子體沉積技術(shù)，以CuAlO2為靶材，在藍(lán)寶石襯底上沉積CuAlO2薄膜，并通過(guò)高溫氣氛退火處理提升其結(jié)晶質(zhì)量，具體包括以下步驟:步驟1、采用藍(lán)寶石為襯底材料，并對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行表面清洗處理；具體為:將襯底浸入丙酮溶液中超聲清洗，然后放入去離子水中超聲清洗，之后冷風(fēng)吹干。步驟2、安裝CuAlO2陶瓷靶材，將表面清洗干凈的藍(lán)寶石襯底送入脈沖激光沉積系統(tǒng)的真空生長(zhǎng)腔，并將其固定在襯底支架上，使襯底正面與靶材保持正對(duì)；靶材與襯底的間距為 50-70mm。步驟3、采用機(jī)械泵和分子泵對(duì)真空生長(zhǎng)腔抽真空，抽真空后的本底真空度小于或等于 3 X KT4Pa ；步驟4、加熱 襯底，使襯底升到所需溫度，并向真空室內(nèi)通入工作氣體，通過(guò)控制氣體流量，穩(wěn)定腔內(nèi)氣壓在一個(gè)固定值；襯底的所需溫度為550-700°C，向真空室內(nèi)通入的工作氣體為氧氣，通入氧氣體后的壓強(qiáng)為3-50Pa。步驟5、開啟激光器，通過(guò)激光燒蝕CuAlO2靶材，調(diào)節(jié)激光的能量、脈沖頻率、工作氣壓、襯底溫度和沉積時(shí)間這些工藝參數(shù)，在藍(lán)寶石襯底上沉積CuAlO2薄膜；激光能量為150-400mJ，脈沖頻率1-lOHz，工作氣壓為3_50Pa，襯底溫度為550-700°C，沉積時(shí)間l_2h。步驟6、沉積結(jié)束后，關(guān)閉激光、襯底加熱、機(jī)械泵和通氣閥門，待樣品冷卻到室溫取出；步驟7、將沉積的樣品放入真空管式爐中，通過(guò)機(jī)械泵和分子泵對(duì)石英管抽真空至5 X IO-4Pa,然后再通入保護(hù)性氣體；通入管式爐的保護(hù)性氣體為Ar或N2,石英管內(nèi)的氣壓穩(wěn)定在一個(gè)大氣壓。步驟8、設(shè)置真空管式爐的升溫速率，使其加熱至所需的退火溫度，之后在保護(hù)性氣氛下對(duì)CuAlO2薄膜進(jìn)行退火熱處理；真空管式爐的升溫速率為10-25°C /min，所需的退火溫度為900-1100°C，保溫時(shí)間為10-60min，之后以15°C /min的速率降溫至常溫，完成退火處理。步驟9、退火結(jié)束且樣品冷卻到室溫后，關(guān)閉管式爐、氣瓶閥門，將樣品取出。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為:1)本發(fā)明采用脈沖激光沉積系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、均勻致密、高結(jié)合強(qiáng)度的CuAlO2薄膜沉積，沉積速率穩(wěn)定，制備工藝簡(jiǎn)單、易行；2)本發(fā)明使用真空管式爐退火系統(tǒng)，通入保護(hù)性氣體，可有效防止高溫退火期間薄膜的氧化分解，獲得純相CuAlO2薄膜；3)本發(fā)明經(jīng)過(guò)退火處理可以得到表面光滑、高結(jié)晶度和高C-軸取向的CuAlO2薄膜；4)本發(fā)明制備的CuAlO2薄膜可用于與ZnO等η型透明導(dǎo)電半導(dǎo)體結(jié)合制作高性能透明Ρ-η結(jié)、LED、光伏電池等光電器件。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。


圖1為本發(fā)明實(shí)例I制備的產(chǎn)物CuAlO2薄膜的XRD圖。圖2為本發(fā)明實(shí)例I制備的產(chǎn)物CuAlO2薄膜的紫外-可見透射光譜圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明結(jié)合脈沖激光沉積技術(shù)和高溫氣氛退火處理，以CuAlO2為靶材，采用脈沖激光沉積技術(shù)在藍(lán)寶石襯底上沉積CuAlO2薄膜，通過(guò)高溫氣氛退火處理提升其結(jié)晶質(zhì)量，獲得了結(jié)晶質(zhì)量高、c軸擇優(yōu)取向、高可見光透過(guò)率的P型CuAlO2薄膜。具體包括以下步驟:步驟1、采用晶格匹配的藍(lán)寶石為襯底材料，并對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行表面清洗處理。具體操作為:首先將襯底浸入丙酮溶液中超聲波清洗，然后放入去離子水中超聲清洗，之后冷風(fēng)吹干；步驟2、安裝CuAlO2陶瓷靶材，將表面清洗干凈的藍(lán)寶石襯底送入脈沖激光沉積系統(tǒng)的真空生長(zhǎng)腔，并將其固定在襯底支架上，使襯底正面與靶材保持正對(duì)，調(diào)整靶材與基底的間距為50-70mm ；步驟3、采用機(jī)械泵和分子泵對(duì)真空生長(zhǎng)腔抽真空，抽真空后的本底真空度小于或等于 3 X KT4Pa ；步驟4、加熱襯底，使襯底升到550_700°C，并向真空室內(nèi)通入工作氣體氧氣，通過(guò)控制氣體流量，穩(wěn)定腔內(nèi)氣壓在3-50Pa ；步驟5、使用KrF準(zhǔn)分子脈沖激光源，通過(guò)激光燒蝕CuAlO2靶材，在藍(lán)寶石襯底上沉積CuAlO2薄膜?？刂萍す饽芰吭?50-400mJ，脈沖頻率在1-lOHz，工作氣壓為3_50Pa，襯底溫度為550-700°C，沉積時(shí)間l_2h ；步驟6、沉積結(jié)束后，關(guān)閉激光、襯底加熱、機(jī)械泵和通氣閥門，待樣品冷卻到室溫取出；步驟7、將沉積的CuAlO2薄膜放入真空管式爐中，通過(guò)機(jī)械泵和分子泵將石英管抽至5 X IO-4Pa,然后再通入保護(hù)性氣體Ar或N2，保持石英管內(nèi)壓強(qiáng)為一個(gè)大氣壓；步驟8、設(shè)置真空管式爐的升溫速率，使其加熱至所需的退火溫度，之后在保護(hù)性氣氛下對(duì)CuAlO2薄膜進(jìn)行退火熱處理；真空管式爐的升溫速率為10-25°C /min，所需的退火溫度為900-1100°C，保溫時(shí)間為10-60min，之后以15°C /min的速率降溫至常溫，完成退火處理。步驟9、退火結(jié)束且樣品冷卻到室溫后，關(guān)閉真空管式爐、氣瓶閥門，將樣品取出。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述:實(shí)施例1:采用脈沖激光沉積技術(shù)，以CuAlO2為靶材，在藍(lán)寶石襯底上沉積CuAlO2薄膜，并對(duì)樣品退火處理，具體操作步驟為:步驟1、采用晶格匹配的藍(lán)寶石為襯底材料，將藍(lán)寶石襯底浸入丙酮和乙醇溶液中超聲波清洗，然后放入去離子水中超聲清洗，之后冷風(fēng)吹干；步驟2、安裝CuAlO2陶瓷靶材，將表面清洗干凈的藍(lán)寶石襯底送入脈沖激光沉積系統(tǒng)的真空生長(zhǎng)腔，并將其固定在襯 底支架上，靶材與基底的間距為60mm ；步驟3、采用機(jī)械泵和分子泵對(duì)真空生長(zhǎng)腔抽真空，抽真空后的本底真空度小于或等于 3 XKT4Pa ；步驟4、加熱襯底，使襯底溫度升到650°C，并向真空室內(nèi)通入工作氣體氧氣，通過(guò)控制氣體流量，穩(wěn)定腔內(nèi)氣壓在15Pa ；步驟5、開啟激光器，通過(guò)激光燒蝕CuAlO2靶材，在藍(lán)寶石襯底上沉積CuAlO2薄膜。調(diào)節(jié)激光能量為230mJ，脈沖頻率為5Hz，工作氣壓為15Pa，襯底溫度為650°C，沉積時(shí)間 1.5h ；步驟6、沉積結(jié)束后，關(guān)閉激光、襯底加熱、機(jī)械泵和通氣閥門，待樣品冷卻到室溫取出；步驟7、將沉積的CuAlO2薄膜放入真空管式爐中，通過(guò)機(jī)械泵和分子泵將石英管抽至5 X IO-4Pa,然后再通入保護(hù)性氣體Ar，保持石英管內(nèi)壓強(qiáng)為一個(gè)大氣壓；步驟8、設(shè)置真空管式爐加熱程序，以15°C /min的升溫速率升至退火溫度1000°C，之后保溫30min，再以15°C /min的速率降溫至常溫。運(yùn)行管式爐，開始在保護(hù)性氣氛下按照加熱程序?qū)uAlO2薄膜進(jìn)行退火熱處理；步驟9、退火結(jié)束且樣品冷卻到室溫后，關(guān)閉真空管式爐、氣瓶閥門，將樣品取出。對(duì)退火處理后的CuAlO2薄膜進(jìn)行了分析表征，如圖1、圖2所示，X射線衍射(XRD)結(jié)果表明所制備的薄膜為CuAlO2純相，未發(fā)現(xiàn)其它相存在，CuAlO2薄膜的(003)、(006)
(009)和(0012)衍射峰都非常明顯，顯示了沉積在藍(lán)寶石基底上并經(jīng)過(guò)退火處理后的CuAlO2薄膜具有良好的結(jié)晶質(zhì)量和高度的c軸取向。透射譜表明所制備的CuAlO2薄膜在可見光區(qū)域具有很好的透光度，可滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。實(shí)施例2:
采用脈沖激光沉積技術(shù)，以CuAlO2為靶材，在藍(lán)寶石襯底上沉積CuAlO2薄膜，并對(duì)樣品退火處理，具體操作步驟為:步驟1、采用晶格匹配的藍(lán)寶石為襯底材料，將藍(lán)寶石襯底浸入丙酮和乙醇溶液中超聲波清洗，然后放入去離子水中超聲清洗，之后冷風(fēng)吹干；步驟2、安裝CuAlO2陶瓷靶材，將表面清洗干凈的藍(lán)寶石襯底送入脈沖激光沉積系統(tǒng)的真空生長(zhǎng)腔，并將其固定在襯底支架上，靶材與基底的間距為50mm ；步驟3、采用機(jī)械泵和分子泵對(duì)真空生長(zhǎng)腔抽真空，抽真空后的本底真空度小于或等于 3 X KT4Pa ；步驟4、加熱襯底，使襯底溫度升到550°C，并向真空室內(nèi)通入工作氣體氧氣，通過(guò)控制氣體流量，穩(wěn)定腔內(nèi)氣壓在3Pa ；步驟5、開啟激光器，通過(guò)激光燒蝕CuAlO2靶材，在藍(lán)寶石襯底上沉積CuAlO2薄膜?？刂萍す饽芰繛?50mJ，脈沖頻率為1Hz，工作氣壓為3Pa，襯底溫度為550°C，沉積時(shí)間2h ；步驟6、沉積結(jié)束后，關(guān)閉激光、襯底加熱、機(jī)械泵和通氣閥門，待樣品冷卻到室溫取出；步驟7、將沉積的CuAlO2薄膜放入真空管式爐中，通過(guò)機(jī)械泵和分子泵將石英管抽至5 X IO-4Pa,然后再通入保護(hù)性氣體Ar，保持石英管內(nèi)壓強(qiáng)為一個(gè)大氣壓；步驟8、設(shè)置真空管式爐加熱程序，以25°C /min的升溫速率升至退火溫度1100°C，之后保溫60min，再以15°C /min的速率降溫至常溫。運(yùn)行管式爐，開始在保護(hù)性氣氛下按照加熱程序?qū)uAlO2薄膜進(jìn)行退火熱處理；
步驟9、退火結(jié)束且樣品冷卻到室溫后，關(guān)閉真空管式爐、氣瓶閥門，將樣品取出。對(duì)退火處理后的CuAlO2薄膜進(jìn)行了 XRD和透射光譜表征，結(jié)果表明沉積在藍(lán)寶石基底上并經(jīng)過(guò)退火處理后的CuAlO2薄膜具有良好的結(jié)晶質(zhì)量和高度的c軸取向以及良好的透光度，可滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。實(shí)施例3:采用脈沖激光沉積技術(shù)，以CuAlO2為靶材，在藍(lán)寶石襯底上沉積CuAlO2薄膜，并對(duì)樣品退火處理，具體操作步驟為:步驟1、采用晶格匹配的藍(lán)寶石為襯底材料，將藍(lán)寶石襯底浸入丙酮和乙醇溶液中超聲波清洗，然后放入去離子水中超聲清洗，之后冷風(fēng)吹干；步驟2、安裝CuAlO2陶瓷靶材，將表面清洗干凈的藍(lán)寶石襯底送入脈沖激光沉積系統(tǒng)的真空生長(zhǎng)腔，并將其固定在襯底支架上，靶材與基底的間距為70mm ；

步驟3、采用機(jī)械泵和分子泵對(duì)真空生長(zhǎng)腔抽真空，抽真空后的本底真空度小于或等于 3 X KT4Pa ；步驟4、加熱襯底，使襯底溫度升到700°C，并向真空室內(nèi)通入工作氣體氧氣，通過(guò)控制氣體流量，穩(wěn)定腔內(nèi)氣壓在50Pa ；步驟5、開啟激光器，通過(guò)激光燒蝕CuAlO2靶材，在藍(lán)寶石襯底上沉積CuAlO2薄膜?？刂萍す饽芰繛?00mJ，脈沖頻率為10Hz，工作氣壓為50Pa，襯底溫度為700°C，沉積時(shí)間Ih ；步驟6、沉積結(jié)束后，關(guān)閉激光、襯底加熱、機(jī)械泵和通氣閥門，待樣品冷卻到室溫取出；步驟7、將沉積的CuAlO2薄膜放入真空管式爐中，通過(guò)機(jī)械泵和分子泵將石英管抽至5X 10_4Pa，然后再通入保護(hù)性氣體N2，保持石英管內(nèi)壓強(qiáng)為一個(gè)大氣壓；步驟8、設(shè)置真空管式爐加熱程序，以10°C /min的升溫速率升至退火溫度900°C，之后保溫lOmin，再以15°C /min的速率降溫至常溫。運(yùn)行管式爐，開始在保護(hù)性氣氛下按照加熱程序?qū)uAlO2薄膜進(jìn)行退火熱處理；步驟9、退火結(jié)束且樣品冷卻到室溫后，關(guān)閉真空管式爐、氣瓶閥門，將樣品取出。對(duì)退火處理后的CuAlO2薄膜進(jìn)行了 XRD和透射光譜表征，結(jié)果表明沉積在藍(lán)寶石基底上并經(jīng)過(guò)退火處理后的CuAlO2薄膜具有良好的結(jié)晶質(zhì)量和高度的c軸取向以及良好的透光度，可滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。實(shí)施例4:采用脈沖激光沉積技術(shù)，以CuAlO2為靶材，在藍(lán)寶石襯底上沉積CuAlO2薄膜，并對(duì)樣品作退火處理，具體操作步驟為:步驟1、采用晶格匹配的藍(lán)寶石為襯底材料，將藍(lán)寶石襯底浸入丙酮和乙醇溶液中超聲波清洗，然后放入去離子水中超聲清洗，之后冷風(fēng)吹干；步驟2、安裝CuAlO2陶瓷靶材，將表面清洗干凈的藍(lán)寶石襯底送入脈沖激光沉積系統(tǒng)的真空生長(zhǎng)腔，并將其固定在襯底支架上，靶材與基底的間距為60mm ；步驟3、采用機(jī)械泵和分子泵對(duì)真空生長(zhǎng)腔抽真空，抽真空后的本底真空度小于或等于 3 X KT4Pa ；步驟4、加熱襯底，使襯底溫度升到700°C，并向真空室內(nèi)通入工作氣體氧氣，通過(guò)控制氣體流量，穩(wěn)定腔內(nèi)氣壓在30Pa ；步驟5、開啟激光器，通過(guò)激光燒蝕CuAlO2靶材，在藍(lán)寶石襯底上沉積CuAlO2薄膜?？刂萍す饽芰繛?00mJ，脈沖頻率為5Hz，工作氣壓為30Pa，襯底溫度為700°C，沉積時(shí)間Ih ；步驟6、沉積結(jié)束后，關(guān)閉激光、襯底加熱、機(jī)械泵和通氣閥門，待樣品冷卻到室溫取出；步驟7、將沉積的CuAlO2薄膜放入真空管式爐中，通過(guò)機(jī)械泵和分子泵將石英管抽至5X 10_4Pa，然后再通入保護(hù)性氣體N2，保持石英管內(nèi)壓強(qiáng)為一個(gè)大氣壓；步驟8、設(shè)置真空管式爐加熱程序，以25°C /min的升溫速率升至退火溫度1050°C，之后保溫40min，再以15°C /min的速率降溫至常溫。運(yùn)行管式爐，開始在保護(hù)性氣氛下按照加熱程序?qū)uAlO2薄膜進(jìn)行退火熱處理；步驟9、退火結(jié)束且樣品冷卻到室溫后，關(guān)閉真空管式爐、氣瓶閥門，將樣品取出。對(duì)退火處理后的CuAlO2薄膜進(jìn)行了 XRD和透射光譜表征，結(jié)果表明沉積在藍(lán)寶石基底上并經(jīng)過(guò)退火處理后的CuAlO2薄膜具有良好的結(jié)晶質(zhì)量和高度的c軸取向以及良好的透光度，可滿足實(shí)際應(yīng)用的要 求。
權(quán)利要求
1.一種透明導(dǎo)電氧化物CuAlO2薄膜的制備方法，其特征在于，采用脈沖激光等離子體沉積技術(shù)，以CuAlO2為靶材，在藍(lán)寶石襯底上沉積CuAlO2薄膜，并通過(guò)高溫氣氛退火處理提升其結(jié)晶質(zhì)量，具體包括以下步驟: 步驟1、采用藍(lán)寶石為襯底材料，并對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行表面清洗處理； 步驟2、安裝CuAlO2陶瓷靶材，將表面清洗干凈的藍(lán)寶石襯底送入脈沖激光沉積系統(tǒng)的真空生長(zhǎng)腔，并將其固定在襯底支架上，使襯底正面與靶材保持正對(duì)； 步驟3、采用機(jī)械泵和分子泵對(duì)真空生長(zhǎng)腔抽真空，抽真空后的本底真空度小于或等于3 X KT4Pa ； 步驟4、加熱襯底，使襯底升到所需溫度，并向真空室內(nèi)通入工作氣體，通過(guò)控制氣體流量，穩(wěn)定腔內(nèi)氣壓在一個(gè)固定值； 步驟5、開啟激光器，通過(guò)激光燒蝕CuAlO2靶材，調(diào)節(jié)激光的能量、脈沖頻率、工作氣壓、襯底溫度和沉積時(shí)間這些工藝參數(shù)，在藍(lán)寶石襯底上沉積CuAlO2薄膜； 步驟6、沉積結(jié)束后，關(guān)閉激光、襯底加熱、機(jī)械泵和通氣閥門，待樣品冷卻到室溫取出； 步驟7、將沉積的樣品放入真空管式爐中，通過(guò)機(jī)械泵和分子泵對(duì)石英管抽真空至5X 10_4Pa，然后再通入保護(hù)性氣體； 步驟8、設(shè)置真空管式爐的升溫速率，使其加熱至所需的退火溫度，之后在保護(hù)性氣氛下對(duì)CuAlO2薄膜進(jìn)行退火熱處理； 步驟9、退火結(jié)束且樣品冷卻到室溫后，關(guān)閉管式爐、氣瓶閥門，將樣品取出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明導(dǎo)電氧化物&^102薄膜的制備方法，其特征在于，步驟I對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行表面清洗處理具體為:將襯底浸入丙酮溶液中超聲清洗，然后放入去離子水中超聲清洗，之后冷風(fēng)吹干。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明導(dǎo)電氧化物CuAlO2薄膜的制備方法，其特征在于，步驟2中祀材與襯底的間距為50_70mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明導(dǎo)電氧化物CuAlO2薄膜的制備方法，其特征在于，步驟4中襯底的所需溫度為550-700°C，向真空室內(nèi)通入的工作氣體為氧氣，通入氧氣體后的壓強(qiáng)為 3-50Pa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明導(dǎo)電氧化物CuAlO2薄膜的制備方法，其特征在于，步驟5中激光能量為150-400mJ，脈沖頻率1-lOHz，工作氣壓為3_50Pa，襯底溫度為550-700°C，沉積時(shí)間l_2h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明導(dǎo)電氧化物CuAlO2薄膜的制備方法，其特征在于，步驟7中通入管式爐的保護(hù)性氣體為Ar或N2，石英管內(nèi)的氣壓穩(wěn)定在一個(gè)大氣壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明導(dǎo)電氧化物CuAlO2薄膜的制備方法，其特征在于，步驟8中真空管式爐的升溫速率為10-25°C /min，所需的退火溫度為900-1100°C，保溫時(shí)間為10-60min，之后以15°C /min的速率降溫至常溫，完成退火處理。
全文摘要
CuAlO2透明導(dǎo)電薄膜具有寬禁帶、低電阻率、可見光范圍高光學(xué)透過(guò)率等特性，可廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、平面顯示、電磁防護(hù)罩、功能窗、傳感器以及其它光電器件領(lǐng)域。本發(fā)明涉及一種p型CuAlO2光電薄膜材料，提供了一種結(jié)晶質(zhì)量好、高c軸取向、高透過(guò)率的CuAlO2薄膜制備方法。本發(fā)明首先采用脈沖激光沉積技術(shù)，以CuAlO2為靶材，在藍(lán)寶石襯底上沉積CuAlO2薄膜，然后對(duì)制備的薄膜樣品進(jìn)行了900-1100℃高溫氣氛退火處理，獲得了高結(jié)晶度、均勻致密、高c軸擇優(yōu)取向的純相CuAlO2薄膜。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、容易控制、重復(fù)性好、沉積速率穩(wěn)定、綠色環(huán)保。
文檔編號(hào)C23C14/08GK103114269SQ20131002862
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者鄒友生, 汪海鵬, 張亦弛, 涂承君, 樓東, 董宇輝, 竇康 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)