一种TCO/TiW透明导电薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种TCO/TiW透明导电薄膜及其制备方法，利用超薄TiW合金薄膜层作为扩散阻挡层改善TCO薄膜(如掺铟氧化锡(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)或掺氟氧化锡(FTO)等三种薄膜)与p‑Si等衬底的接触性能；并且通过TiW合金薄膜层的引入作为金属层，与TCO薄膜形成TCO/TiW双层薄膜，使薄膜的电学性能得到明显改善；TCO/TiW透明导电薄膜在显示器、太阳电池等半导体器件中具有巨大应用前景。一种TCO/TiW透明导电薄膜的制备方法，包括：在衬底的表面上沉积TiW合金，形成TiW合金薄膜层/衬底结构；再在所述TiW合金薄膜层的表面上沉积TCO透明导电氧化物，形成TCO薄膜层/TiW合金薄膜层/衬底结构。

TCO/TiW transparent conductive film and preparation method thereof

The invention discloses a TCO/TiW transparent conductive film and a preparation method thereof, the use of ultra-thin TiW alloy thin film layer as a diffusion barrier layer to improve TCO thin film (such as indium tin oxide (ITO), Zinc Oxide (AZO) or aluminum doped fluorine doped tin oxide (FTO) and other three films) and contact properties of P Si the substrate; and through the TiW alloy film layer is introduced as a metal layer, forming TCO/TiW films and TCO films, the electrical properties of the films were improved; TCO/TiW transparent conductive film has a great application prospect in the display, such as solar semiconductor devices. Method includes a preparation of TCO/TiW transparent conductive films: deposition of TiW alloy on the surface of the substrate to form TiW alloy film / substrate structure; the surface of the TiW alloy thin films deposited on TCO transparent conductive oxide film layer, the formation of TCO /TiW alloy film / substrate structure.

【技术实现步骤摘要】
一种TCO/TiW透明导电薄膜及其制备方法
本专利技术涉及透明导电氧化物（TCO）薄膜领域，尤其涉及一种TCO/TiW透明导电薄膜及其制备方法。
技术介绍
透明导电氧化物(以下简称TCO)是一种n型半导体，TCO薄膜的载流子浓度约1021cm-3，并具有较高的迁移率（约为15-45cm2V-1s-1），导电率可达104Ω-1•cm-1。TCO薄膜同时具有较大的禁带宽度3.5-4.3eV，其在可见光波段的透过率大于80%。TCO薄膜因为具备优良的光电性能而在太阳电池、气敏元件、显示器等领域有广泛应用。TCO薄膜具有多种制备方法，其中利用磁控溅射法制备出的TCO薄膜致密均匀、平整附着性好，而被认为是目前最具商业发展前途的TCO薄膜制备方法。TCO薄膜应用于显示器和太阳电池等领域时，需要与半导体Si接触。采用磁控溅射法制备TCO薄膜需要通过衬底加热或后续热处理以改善TCO薄膜的光电性能。然而衬底加温或是后续热处理都对TCO薄膜与Si的接触产生一定破坏。造成这种现象的原因和TCO薄膜与Si在界面处形成的中间氧化层有很大关系。为了使TCO薄膜在显示器和太阳电池等半导体器件中得到更好的应用，需要其与Si的接触为具有较小接触电阻的欧姆接触。同时保证TCO薄膜的良好性能及其与p-Si的接触性能和透光性能，需要解决中间氧化层产生的问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种TCO/TiW透明导电薄膜及其制备方法，利用超薄TiW合金薄膜层作为扩散阻挡层改善TCO薄膜(如掺铟氧化锡(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)或掺氟氧化锡(FTO)等三种薄膜)与p-Si等衬底的接触性能；并且通过TiW合金薄膜层的引入作为金属层，与TCO薄膜形成TCO/TiW双层薄膜，使薄膜的电学性能得到明显改善；TCO/TiW透明导电薄膜在显示器、太阳电池等半导体器件中具有巨大应用前景。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种TCO/TiW透明导电薄膜的制备方法，包括：在衬底的表面上沉积TiW合金，形成TiW合金薄膜层/衬底结构；再在所述TiW合金薄膜层的表面上沉积透明导电氧化物，形成TCO薄膜层/TiW合金薄膜层/衬底结构。优选地，依次包括如下步骤：S1、采用射频磁控溅射法在衬底的表面上沉积TiW合金；S2、对所述TiW合金薄膜层/衬底结构进行退火；S3、采用射频磁控溅射法在退火后的TiW合金薄膜层的表面上沉积透明导电氧化物；S4、对所述TCO薄膜层/TiW合金薄膜层/衬底结构进行退火。更优选地，步骤S1中，射频磁控溅射所用的工作气体为氩气，氩气流量为15-25sccm，纯度不小于99.999%，腔室本底真空为5.0×10-4-7.0×10-4Pa。更优选地，步骤S2中，将所述衬底/TiW合金薄膜层放置于管式气氛炉并通入氮气进行分段退火，第一阶段的退火温度为230-270℃，保温20-60min，然后将第二阶段的退火温度升高至430-470℃，保温5-10min。更优选地，步骤S3中，磁控溅射所用工作气体为氩气，同时通入少量氧气作为反应气体，气体流量分别为Ar：15-25sccm、O2:0.1-0.3sccm，纯度不小于99.999%，腔室本底真空为5.0×10-4-7.0×10-4Pa。更优选地，步骤S4中，将所述TCO薄膜层/TiW合金薄膜层/衬底结构放置于管式气氛退火炉中，通入氮气，退火温度为280-320℃，保温2-20min。更优选地，步骤S2中，衬底温度为室温；和/或，步骤S4中，衬底温度为室温。优选地，TiW合金薄膜层的厚度为6-15nm；和/或，所述TCO薄膜层的厚度为100-120nm。优选地，所述衬底为玻璃衬底或电阻率为1-3W·cm的p-Si衬底；和/或，所述TCO透明导电氧化物为ITO、AZO或FTO。一种由所述的TCO/TiW透明导电薄膜的制备方法制备得到的TCO/TiW导电薄膜。本专利技术采用上述技术方案，相比现有技术具有如下优点：选择TiW合金薄膜层作为金属层，制备出的TCO/TiW透明导电薄膜与现有技术中的TCO薄膜相比，电学性能提升，并且能够与p-Si等衬底在低温下形成良好欧姆接触，这是因为当TCO薄膜直接与衬底接触时，容易在生长或退火过程中形成界面处的中间氧化层而影响接触性能；采用TiW合金薄膜层作为扩散阻挡层以阻止中间氧化层的产生能够明显改善TCO薄膜与衬底的接触性能；TiW合金具备电阻率低，抗腐蚀性能、化学稳定性和热机械性能良好等优点，并且对氧元素具有扩散阻挡作用，能够与衬底形成良好欧姆接触，选用超薄TiW合金作为金属层制备出的TCO/TiW导电薄膜不仅能够提高薄膜的电学性能，并且能够保持良好的透光性能并改善其与衬底的接触性能。附图说明附图1为本专利技术的一种TCO/TiW透明导电薄膜结构示意图；附图2为实施例1制备的ITO/TiW透明导电薄膜中TiW合金薄膜层与p-Si衬底接触的比接触电阻拟合曲线；附图3为实施例2制备的ITO/TiW透明导电薄膜的XRD测试图谱；附图4为实施例2制备的ITO/TiW透明导电薄膜的透过率图谱附图5为实施例2制备的ITO/TiW透明导电薄膜的方阻；附图6为实施例3制备的ITO/TiW透明导电薄膜的透过率图谱；附图7为实施例3制备的ITO/TiW透明导电薄膜的方阻；附图8为ITO薄膜与实施例4制备的ITO/TiW透明导电薄膜分别与p-Si衬底接触的I-V曲线对比图；附图9为ITO薄膜与p-Si衬底接触的比接触电阻拟合曲线；附图10为实施例4制备的ITO/TiW透明导电薄膜与p-Si接触的比接触电阻拟合曲线。上述附图中：1、衬底；2、TiW合金薄膜层；3、TCO薄膜层。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。参照附图1所示，本专利技术的一种TCO/TiW透明导电薄膜由衬底1、沉积在衬底1上表面的TiW合金薄膜层2、沉积在TiW合金薄膜层2上表面的TCO薄膜层3三层构成的。其中，衬底1可选用玻璃衬底或Si衬底，Si衬底具体为电阻率约为1-3W·cm的p-Si衬底；TiW合金薄膜层2的厚度为6-15nm；TCO薄膜层2可以为由ITO（掺铟氧化锡）靶材溅射沉积得到的ITO薄膜层、由AZO（掺铝氧化锌）靶材溅射沉积得到TCO薄膜层或由FTO（掺氟氧化锌）靶材溅射沉积得到的FTO薄膜层；TCO薄膜层3的厚度为100-120nm。上述的TCO/TiW导电薄膜具体通过下述步骤制备得到：S1、采用标准清洗工艺清洗衬底之后，采用射频磁控溅射法在衬底的表面上沉积一层TiW合金，形成TiW合金薄膜层/衬底结构，射频磁控溅射所用的工作气体为氩气，氩气流量为15-25sccm，纯度不小于99.999%，腔室本底真空为5.0×10-4-7.0×10-4Pa，衬底温度为室温；S2、将所述TiW合金薄膜层/衬底放置于管式气氛炉并通入氮气进行分段退火，设置第一阶段的退火温度为230-270℃，并保温20-60min进行第一阶段退火，然后将退火温度升高至430-470℃并保温5-10min进行第二阶段退火；S3、将退火后的TiW合金薄膜层/衬底结构放入磁控溅射腔室，采用射频磁控溅射法在TiW合金薄膜层的表面上一层沉积透明导电氧化物，形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TCO/TiW透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括：在衬底的表面上沉积TiW合金，形成TiW合金薄膜层/衬底结构；再在所述TiW合金薄膜层的表面上沉积TCO透明导电氧化物，形成TCO薄膜层/TiW合金薄膜层/衬底结构。

【技术特征摘要】
1.一种TCO/TiW透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括：在衬底的表面上沉积TiW合金，形成TiW合金薄膜层/衬底结构；再在所述TiW合金薄膜层的表面上沉积TCO透明导电氧化物，形成TCO薄膜层/TiW合金薄膜层/衬底结构。2.根据权利要求1所述的TCO/TiW透明导电薄膜的其制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：S1、采用射频磁控溅射法在衬底的表面上沉积TiW合金薄膜层；S2、对所述TiW合金薄膜层/衬底结构进行退火；S3、采用射频磁控溅射法在退火后的TiW合金薄膜层的表面上沉积TCO透明导电氧化物；S4、对所述TCO薄膜层/TiW合金薄膜层/衬底结构进行退火。3.根据权利要求2所述的TCO/TiW透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，射频磁控溅射所用的工作气体为氩气，氩气流量为15-25sccm，纯度不小于99.999%，腔室本底真空为5.0×10-4-7.0×10-4Pa。4.根据权利要求2所述的TCO/TiW透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S2中，将所述TiW合金薄膜层/衬底结构放置于管式气氛炉并通入氮气进行分段退火，第一阶段的退火温度为230-270℃，保温20-60min，然后将第二阶段的退火温度升高至430-470℃，保温5-10min。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈鸿烈，吴斯泰，沈小亮，李玉芳，倪志春，魏青竹，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，中利腾晖光伏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32