一种Er掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Er掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：以Er占总粉末的摩尔百分比含量0.5％～4％为标准称取ZnO粉末和Er2O3粉末，将称取的粉末添加酒精混合后经300℃预烧结处理使粉末结成块状，再将经预烧结处理后的粉末经1000℃烧结处理，制得Er掺杂ZnO靶材；将制得的靶材和蓝宝石衬底装入PLD系统中，靶材和蓝宝石衬底的距离为

【技术实现步骤摘要】
一种Er掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法
本专利技术涉及半导体薄膜材料领域，具体涉及一种高质量、低电阻率、在低温情况下仍具有良好导电性的ZnO基透明导电薄膜的制备方法。
技术介绍
透明导电氧化物(TCO)薄膜因具有的优良光电性能使其在太阳能电池、液晶显示器、热反射镜和建筑玻璃节能等诸多领域获得了广泛的研究和应用。氧化铟锡(ITO)镀膜玻璃是一种非常成熟的产品，具有透过率高、膜层牢固、导电性好等特点，初期曾应用于光伏电池的前电极。但随着光吸收性能要求的提高，TCO玻璃必须具备提高光散射的能力，而ITO镀膜很难做到这一点，并且激光刻蚀性能也较差。铟为稀有元素，在自然界中贮存量少，价格较高。ITO应用于太阳能电池时在等离子体中不够稳定。近年来，ZnO作为一种透明导电氧化物薄膜材料引起了广泛的关注，与传统的In2O3基和SnO2基透明导电薄膜相比，ZnO透明导电薄膜具有原材料丰富、无毒、掺杂可以提高薄膜的电导率和稳定性等优点，作为一种重要的光电子信息材料，ZnO透明导电薄膜优良的光电特性使其在太阳能电池、液晶显示器、热反射镜等领域得到广泛的应用。由于ZnO薄膜的电阻率很大，为提高ZnO薄膜的电学性能，目前以ZnO掺Ga(GZO)和ZnO掺Al(AZO)等元素来实现透明导电的功能，它不仅具有玻璃衬底ZnO透明导电膜的光电特性，并且具有许多独特优点，例如可绕曲、重量轻、不易碎、易于大面积生产、成本低、便于运输等，可被广泛应用于塑料液晶显示器、可绕曲的便于携带的太阳能电池、柔性薄膜晶体管等领域。然而，用Al或Ga掺杂ZnO透明导电薄膜仍有一些不足之处：一方面，在薄膜的沉积过程中，Al和Ga易氧化，使透明导电薄膜性能不稳定。另一方面，ITO和AZO，GZO等导电薄膜在温度变化的过程中电阻率会发生较大的变化，导致器件的性能下降，甚至无法工作。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种Er掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法，利用所述方法制备的ZnO透明导电薄膜能够实现在低温和极低温状态下工作，性能稳定，具有广阔应用前景。本专利技术的目的可以通过如下技术方案实现：一种Er掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：以Er占总粉末的摩尔百分比含量0.5％～4％为标准称取ZnO粉末和Er2O3粉末，将称取的粉末添加酒精混合后经300℃预烧结处理使粉末结成块状，再将经预烧结处理后的粉末经1000℃烧结处理，制得Er掺杂ZnO靶材；将制得的靶材和蓝宝石衬底装入PLD(脉冲激光沉积)系统中，靶材和蓝宝石衬底的距离为将溅射室抽真空至6*10-4Pa，通入氧气，控制生长压力为0.026Pa，在脉冲激光沉积过程中，控制激光器能量为250～400mJ，频率为1～20HZ，蓝宝石衬底为500～800℃，生长时间为1～3h，制得Er掺杂ZnO透明导电薄膜。优选地，以Er占总粉末的摩尔百分比含量1％为标准称取ZnO粉末和Er2O3粉末。优选地，以Er占总粉末的摩尔百分比含量2％为标准称取ZnO粉末和Er2O3粉末。优选地，所述ZnO粉末和Er2O3粉末的纯度都为99.99％。优选地，所述靶材和蓝宝石衬底的距离为10cm。优选地，在脉冲激光沉积过程中，控制激光器能量为300mJ，频率为10HZ。优选地，在脉冲激光沉积过程中，控制激光器能量为350mJ，频率为5HZ。优选地，在脉冲激光沉积过程中，控制蓝宝石衬底为600℃。优选地，在脉冲激光沉积过程中，控制蓝宝石衬底为700℃。优选地，在脉冲激光沉积过程中，控制生长时间为2h。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本专利技术所述方法制备的Er掺杂ZnO透明导电薄膜均为六角纤锌矿结构，具有(002)方向的择优生长优势，表面平整致密，粗糙度较小，性能稳定，可见光光谱范围平均透过率为90％，在室温下(300K)测得薄膜的电阻率为3.87*10-4Ω.cm，在温度为10K情况下电阻率仍保持在3.65*10-4Ω.cm的数值，透过率高、电阻率低，在极低温度下仍能保持性能稳定，可广泛应用于发光和显示器件中。附图说明图1为本专利技术实施例1中Er占总粉末的摩尔百分比含量为0.5％、1％、2％、4％制得的Er掺杂ZnO透明导电薄膜的XRD对比图。图2为本专利技术实施例1制得的Er掺杂ZnO透明导电薄膜的二次离子质谱图。图3为本专利技术实施例1制得的Er掺杂ZnO透明导电薄膜的电阻率随温度变化图谱。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1：本实施例提供了一种Er掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：以Er占总粉末的摩尔百分比含量2％为标准称取纯度为99.99％的ZnO粉末和纯度为99.99％的Er2O3粉末，将称取的粉末添加酒精混合后经300℃预烧结处理使粉末结成块状，再将经预烧结处理后的粉末经1000℃烧结处理，制得Er掺杂ZnO靶材；将制得的靶材和蓝宝石衬底装入PLD系统中，靶材和蓝宝石衬底的距离为10cm，将溅射室抽真空至6*10-4Pa，通入氧气，控制生长压力为0.026Pa，在脉冲激光沉积过程中，控制激光器能量为350mJ，频率为5HZ，蓝宝石衬底为600℃，生长时间为2h，制得Er掺杂ZnO透明导电薄膜。利用上述方法制得的Er掺杂ZnO透明导电薄膜的二次离子质谱图如图2所示，从图中可以看出，在0～200nm的深度范围内ZnO薄膜内的Er掺杂浓度均一；利用上述方法制得的Er掺杂ZnO透明导电薄膜的电阻率随温度变化图谱如图3所示，从图中可以看出，Er掺杂ZnO薄膜在温度从10K到300K的范围内电阻率从3.87*10-4Ω·cm到3.65*10-4Ω·cm，电阻率变化量极小。上述实验条件不变，改变Er占总粉末的摩尔百分比含量，含量为0.5％、1％、2％、4％制得的Er掺杂ZnO透明导电薄膜的XRD对比图如图1所示，从图中可以看出，所制得的Er掺杂ZnO透明导电薄膜均为六角纤锌矿结构，以ZnO(002)择优取向生长。实施例2：本实施例提供了一种Er掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法，实验条件与实施例1相同，只是在脉冲激光沉积过程中，控制激光器能量为300mJ，频率为10HZ，蓝宝石衬底为700℃，生长时间为3h，制得Er掺杂ZnO透明导电薄膜，本实施例制备的Er掺杂ZnO透明导电薄膜与实施例1相比，所制得的Er掺杂ZnO薄膜厚度增大，电阻率无明显变化。实施例3：本实施例提供了一种Er掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法，实验条件与实施例1相同，只是在脉冲激光沉积过程中，控制激光器能量为400mJ，频率为1HZ，蓝宝石衬底为800℃，生长时间为1h，制得Er掺杂ZnO透明导电薄膜，本实施例制备的Er掺杂ZnO透明导电薄膜与实施例1相比，所制得的Er掺杂ZnO薄膜厚度减小，电阻率明显增大。实施例4：本实施例提供了一种Er掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法，实验条件与实施例1相同，只是在脉冲激光沉积过程中，控制激光器能量为250mJ，频率为20HZ，蓝宝石衬底为500℃，生长时间为2h，制得Er掺杂ZnO透明导电薄膜，本实施例制备的Er掺杂ZnO透明导电薄膜与实施例1相比，所制得的Er掺杂ZnO薄膜厚度不均匀，电阻率增大。实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Er掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：以Er占总粉末的摩尔百分比含量0.5％～4％为标准称取ZnO粉末和Er2O3粉末，将称取的粉末添加酒精混合后经300℃预烧结处理使粉末结成块状，再将经预烧结处理后的粉末经1000℃烧结处理，制得Er掺杂ZnO靶材；将制得的靶材和蓝宝石衬底装入PLD系统中，靶材和蓝宝石衬底的距离为

【技术特征摘要】
1.一种Er掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：以Er占总粉末的摩尔百分比含量0.5％～4％为标准称取ZnO粉末和Er2O3粉末，将称取的粉末添加酒精混合后经300℃预烧结处理使粉末结成块状，再将经预烧结处理后的粉末经1000℃烧结处理，制得Er掺杂ZnO靶材；将制得的靶材和蓝宝石衬底装入PLD系统中，靶材和蓝宝石衬底的距离为将溅射室抽真空至6*10-4Pa，通入氧气，控制生长压力为0.026Pa，在脉冲激光沉积过程中，控制激光器能量为250～400mJ，频率为1～20HZ，蓝宝石衬底为500～800℃，生长时间为1～3h，制得Er掺杂ZnO透明导电薄膜。2.根据权利要求1所述的一种Er掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：以Er占总粉末的摩尔百分比含量1％为标准称取ZnO粉末和Er2O3粉末。3.根据权利要求1所述的一种Er掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：以Er占总粉末的摩尔百分比含量2％为标准称取ZnO粉末和Er2O3粉末。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：宿世臣，王果，凌志聪，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44