一种电学器件用Al掺杂的氧化锌薄膜制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107326326A(43)申请公布日2017.11.07(21)申请号201710490722.3(22)申请日2017.06.15(71)申请人郑州科技学院地址450064河南省郑州市二七区马寨工业园学院路1号(72)发明人郭禧斌左明鑫吴伯彪(51)Int.Cl.C23C14/08(2006.01)C23C14/34(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种电学器件用Al掺杂的氧化锌薄膜制备方法(57)摘要本发明公开了一种利用脉冲激光沉积法制备电学器件用Al掺杂的氧化锌薄膜的制备方法，该方法所用的设备包括石英管、电炉、真空泵、激光脉冲发生器、第一反射镜、第二反射镜以及透镜。激光脉冲发生器发射的激光脉冲束，依次通过第一反射镜、第二反射镜以及透镜，轰击靶材，通过转动透镜，可以控制激光脉冲束的焦点，分别轰击ZnO靶材和Al2O3靶材，并且借助于铝离子在高温下的扩散作用，得到铝掺杂的氧化锌薄膜。由于铝离子的扩散形成的浓度梯度，增加了AZO薄膜的电学性能，其最小导电率约为9×10-4Ω·cm。并且，本发明可以通过改变激光脉冲束对不同靶材轰击的时间，得到成分和结构不同的AZO薄膜，满足不同电学领域的使用要求。CN107326326ACN107326326A权利要求书1/1页1.一种电学器件用Al掺杂的氧化锌薄膜制备方法，其特征在于，所述方法所用的设备包括石英管、电炉、真空泵、激光脉冲发生器、第一反射镜、第二反射镜以及透镜；其中，所述石英管的一端连接所述真空泵，所述石英管的另一端设置有气体入口，所述石英管中设置有靶材架，所述电炉为管式炉，对所述石英管的中部进行加热，所述透镜安装在可转动的支架上，所述透镜通过转动控制激光脉冲束的焦点，所述激光脉冲发生器发射的激光脉冲束，依次通过所述第一反射镜、所述第二反射镜以及所述透镜，轰击靶材；所述方法包括如下步骤：(1)将靶材安装在所述靶材架上，所述靶材在所述石英管中部，将清洗过的基板放置在所述石英管中部，开启所述真空泵对所述石英管抽真空，10～30min后关闭所述真空泵，然后从所述气体入口通入氩气20min；重复上述抽真空、通入氩气的步骤2～3次，然后通入氩气维持石英管内的压强为260torr；所述靶材为ZnO靶材和Al2O3靶材，所述Al2O3靶材在所述ZnO靶材正上方且紧密接触，所述靶材与所述基板中心位置的水平距离为1.5cm；(2)开启所述电炉升温到900～1000℃，维持恒温，开启所述激光脉冲发生器，调节所述透镜位置控制激光脉冲束轰击所述ZnO靶材20～30s，然后调节所述透镜位置控制激光脉冲束轰击所述Al2O3靶材10～15s，再依次调节所述透镜位置控制激光脉冲束轰击所述ZnO靶材30s、所述Al2O3靶材5s、所述ZnO靶材30s、所述Al2O3靶材5s，关闭所述激光发生器；其中，所述激光脉冲束的波长为248nm、能量密度为4J/cm2、频率为20Hz；(3)关闭所述电炉，随炉冷却至室温即得到电学器件用Al掺杂的氧化锌薄膜。2.根据权利要求1所述的一种电学器件用Al掺杂的氧化锌薄膜制备方法，其特征在于，所述基板为蓝宝石基板。2CN107326326A说明书1/3页一种电学器件用Al掺杂的氧化锌薄膜制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种氧化锌薄膜的制备方法，特别是涉及一种电学器件用Al掺杂的氧化锌薄膜的制备方法。背景技术[0002]氧化锌(ZnO)是一种常见的氧化物，广泛地应用于塑料、硅酸盐制品、润滑油、油漆涂料、食品、电池等领域中。[0003]氧化锌是具有纤锌矿结构的半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV，其透明度高，有优异的常温发光性能，在半导体领域的液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管、压电传感器等产品中均有应用。氧化锌的光学、电学性质，与其化学组成、能带结构、氧空位数量及结晶程度有密切关系。[0004]氧化锌薄膜是一种理想的透明导电薄膜，可见光透过率高达90％左右，电阻率低至10-4Ω·cm。其与ITO相比，氧化锌薄膜，尤其是铝掺杂的氧化锌薄膜AZO(ZnO∶Al)，具有成本低廉、无毒、在氢等离子体中稳定性较好的优点，有望成为取代ITO的下一代新型透明导电材料。[0005]常用的AZO薄膜制备方法有磁控溅射法、溶胶凝胶法、化学气相沉积法、脉冲激光沉积法等。[0006]虽然世界各国学者对于AZO有着广泛的研究，但是，如何控制溅射法、沉积法制备AZO薄膜中Al的掺杂量、掺杂元素均匀程度并获得有所需的光、电性能，仍然没有良好的解决方法。[0007]脉冲激光沉积(PulsedLaserDeposition，PLD)，也被称为脉冲激光烧蚀，是一种利用激光对物