CN114807856A - 一种氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜及其制备方法，所述制备方法包括步骤：以In2O3、SnO2和SnF2粉末为原材料，混合，研磨，在Ar气氛下烧结，制成ITO:F靶材；将衬底和靶材安装在脉冲激光沉积PLD反应室中，抽真空；向反应器中通入O2，以脉冲激光轰击靶材，靶材表面原子和分子熔蒸后在衬底上沉积，形成氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜。制得的导电薄膜中，F元素比O元素外层多一个电子，能够充当施主提供电子，提高薄膜导电性能。掺杂氟元素后，薄膜的载流子浓度提升较大，薄膜的电导率有所提升。本发明制得的氟掺杂ITO透明导电薄膜导电性优于同样条件下制备的ITO透明导电薄膜，且制备工艺简单，成本较低，易于产业化。
Description
技术领域
本发明涉及一种氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜，尤其涉及氧化物半导体薄膜及其制备方法。
背景技术
在我们日常生活中，透明的材料的导电性一般是较差的，例如玻璃等；而常见导电性较好的材料如金属则又是不透明的。最早在1907年，Badeker通过溅射 Cd制备得到了CdO薄膜，将这两个特性结合起来了。经过几十年的研究和发展，具有较好的导电性和对可见光波长范围具有较好的透过率的透明导电薄膜在平板显示器、太阳能电池、气敏元件、发光二极管(LED)、薄膜晶体管、抗静电涂层等领域和产业之中。
透明导电薄膜，具有较好的导电性和对可见光波长范围较高的透过率的特点，其中电阻率一般低于10-3Ωcm而且对可见光的透过率大于80％。透明导电薄膜根据组成成分的不同，可以分为金属透明导电薄膜、透明导电氧化物薄膜、非氧化物透明化合物导电薄膜和导电性颗粒分散介质体等。金属透明导电薄膜和透明导电氧化物薄膜受到的关注和研究最多，得到了最广泛的应用。
ITO透明导电氧化物薄膜由于其优异的对可见光的透过率、较低的电阻率和耐化学腐蚀等一些性能，得到了广泛的应用和深入的研究。为了进一步提高ITO 透明导电薄膜的性能，本发明提出了一种氟掺杂ITO透明导电薄膜。其中F元素比O元素外层多一个电子，能够充当施主提供电子，可以提高薄膜导电性能。
发明内容
本发明针对实际应用需求，拟提供一种氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜及其制备方法。
本发明提供一种氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜，其靶材是In2O3、SnO2和SnF2， F的作用是取代O，F为-1价，比O多一个电子，在取代O时可以多提供一个电子，因此在ITO中充当施主，为薄膜提供电子载流子。
本发明所述的氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜,薄膜厚度均匀，厚度100-300nm，表面粗糙度低，可见光透过率高于70％，载流子浓度大于12×1019cm-3，电阻率低于2×10-3Ωcm。
本发明还提供了上述氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜的制备方法，其具体操作如下：
1)以高纯In2O3、SnO2和SnF2粉末为原材料，混合，研磨，在950～1050℃的Ar气氛下烧结，制成ITO:F陶瓷片为靶材，其中掺杂靶材，其中In2O3、SnO2和SnF2的质量比为90:5:5；
2)采用脉冲激光沉积(PLD)方法，将衬底和靶材安装在PLD反应室中，抽真空至真空度低于1×10-3Pa；
3)通入O2为工作气体，气体压强5Pa，以脉冲激光轰击靶材，靶材表面原子和分子熔蒸后在衬底上沉积，形成一层薄膜。
采用上述方法生长的氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜，其性能指标为：可见光透过率大于70％，载流子浓度大于12×1019cm-3，电阻率低于2×10-3Ωcm。
本发明的有益成果在于：
(1)本发明的方法制备得到的氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜，F元素能够为ITO提供额外电子，提高其载流子浓度，降低薄膜电阻率。
(2)本发明的方法制备得到的氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜，F元素掺杂对ITO薄膜的可见光透过性影响不大，制备的薄膜具有较高的可见光透过性。
(3)本发明的方法制备得到的氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜，在生长过程中，较宽的参数(即生长时间，PLD激光能量)窗口下均可获得较好性能的透明导电薄膜；且薄膜为非晶，只要有合适的衬底和靶材，可实现大面积的薄膜沉积，操作简单，流程短，成本低，可重复性高，有利于产业化生产。
附图说明
图1为实施例1中靶材实物图。
图2为实施例1中ITO与ITO:F的XRD图。
图3为实施例1中ITO与ITO:F的紫外可见光透过率图。
图4为不同生长时间下ITO与ITO:F的载流子浓度图。
图5为不同生长时间下ITO与ITO:F的薄膜电阻率图。
图6为实施例1中ITO:F薄膜的结构图。
图7为实施例1中ITO：F的EDS图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
1)以高纯In2O3、SnO2和SnF2粉末为原材料，混合，研磨，在950～1050℃的Ar气氛下烧结，制成ITO:F陶瓷片为靶材，其中掺杂靶材，其中In2O3、SnO2和SnF2的质量比为90:5:5；
2)采用脉冲激光沉积(PLD)方法，将衬底和靶材安装在PLD反应室中，抽真空至真空度低于1×10-3Pa；
3)通入O2为工作气体，气体压强5Pa，以脉冲激光轰击靶材，激光能量为 200-300mJ，靶材表面原子和分子熔蒸后在衬底上沉积，形成一层薄膜，生长时间为10分钟。
以石英为衬底，按照上述生长步骤制得ITO:F导电薄膜，对其进行结构、电学和光学性能测试，测试结果为：薄膜为非晶态，载流子浓度1.20×1020cm-3，电阻率为1.99×10-3Ωcm；可见光透过率大于70％。
图7为本实施例制得的ITO：F的EDS图，In、Sn、O和F的原子百分比分别为28.8％、4.3％、63.6％、3.3％。
实施例2
1)以高纯In2O3、SnO2和SnF2粉末为原材料，混合，研磨，在950～1050℃的Ar气氛下烧结，制成ITO:F陶瓷片为靶材，其中掺杂靶材，其中In2O3、SnO2和SnF2的质量比为90:5:5；
2)采用脉冲激光沉积(PLD)方法，将衬底和靶材安装在PLD反应室中，抽真空至真空度低于1×10-3Pa；
3)通入O2为工作气体，气体压强5Pa，以脉冲激光轰击靶材，激光能量为 200-300mJ，靶材表面原子和分子熔蒸后在衬底上沉积，形成一层薄膜，生长时间为20分钟。
以石英为衬底，按照上述生长步骤制得ITO:F导电薄膜，对其进行结构、电学和光学性能测试，测试结果为：薄膜为非晶态，载流子浓度1.47×1020cm-3，电阻率为1.22×10-3Ωcm；可见光透过率大于70％。
实施例3
1)以高纯In2O3、SnO2和SnF2粉末为原材料，混合，研磨，在950～1050℃的Ar气氛下烧结，制成ITO:F陶瓷片为靶材，其中掺杂靶材，其中In2O3、SnO2和SnF2的质量比为90:5:5；
2)采用脉冲激光沉积(PLD)方法，将衬底和靶材安装在PLD反应室中，抽真空至真空度低于1×10-3Pa；
3)通入O2为工作气体，气体压强5Pa，以脉冲激光轰击靶材，激光能量为 200-300mJ，靶材表面原子和分子熔蒸后在衬底上沉积，形成一层薄膜，生长时间为30分钟。
以石英为衬底，按照上述生长步骤制得ITO:F导电薄膜，对其进行结构、电学和光学性能测试，测试结果为：薄膜为非晶态，载流子浓度1.37×1020cm-3，电阻率为1.23×10-3Ωcm；可见光透过率大于70％。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)以In2O3、SnO2和SnF2粉末为原材料，混合，研磨，在Ar气氛下烧结，制成ITO:F靶材；
2)将衬底和靶材安装在脉冲激光沉积PLD反应室中，抽真空；
3)向反应器中通入O2，以脉冲激光轰击靶材，靶材表面原子和分子熔蒸后在衬底上沉积，形成氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜。
2.根据权利要求1所述的氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述In2O3、SnO2和SnF2的质量比为90:5:5。
3.根据权利要求1所述的氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，在Ar气氛下烧结的温度为950～1050℃。
4.根据权利要求1所述的氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2)中抽真空至真空度低于1×10-3Pa。
5.根据权利要求1所述的氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3)中通入O2至气体压强为5Pa。
6.一种氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜，其特征在于：由权利要求1-5任一项所述的制备方法制备而成。
7.如权利要求6所述的氟掺杂氧化铟锡透明导电薄膜，其特征在于，所述薄膜厚度为100-300nm。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20220729 |