一种氧化镓基深紫外透明导电薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种氧化镓基深紫外透明导电薄膜及其制备方法和应用。该导电薄膜的制备方法包括以下步骤：提供一衬底；提供F、Sn共掺(Sn

【技术实现步骤摘要】
一种氧化镓基深紫外透明导电薄膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及透明导电薄膜
，尤其涉及一种氧化镓基深紫外透明导电薄膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]透明导电薄膜在日常生活中的应用非常广泛，如触摸屏，液晶显示器，有机发光二极管以及太阳能电池等。但是这些透明导电薄膜大多都只对可见光透明，这也限制了透明导电薄膜在紫外领域的应用，如紫外激光器的透明电极，深紫外光电探测器的顶电极，紫外发光二极管的透明电极等。因此制备一种氧化镓基深紫外透明导电薄膜将在紫外光电子器件领域具有广泛应用前景。
[0003]单斜结构的氧化镓(Ga2O3)是一种直接带隙的宽禁带氧化物半导体材料，带隙约为4.9eV，是一种重要的功能性材料，且元素含量丰富、无毒，具有良好的紫外和可见光透过性、热稳定性以及化学稳定性。基于以上优点，通过对Ga2O3导电性能进行优化改进，实现能够透过日盲紫外波段光的导电电极材料，对光电材料和器件领域具有重要的意义。
[0004]掺杂是改善Ga2O3导电性能的有效方式，从目前国际上已有的研究报道来看，阳离子掺杂元素主要有ⅣA族Si、Ge、Sn以及ⅣB族Hf等，阴离子掺杂元素有F，但单一元素掺杂对Ga2O3导电性能的提升作用有限，载流子浓度特别是电阻率达不到要求，离在紫外透明导电领域的实际应用还有差距。
[0005]针对目前Ga2O3材料在紫外透明导电领域应用存在的不足，我们首次用阴(F)、阳(Sn)离子共掺的方法对Ga2O3进行掺杂，以获得更低的电阻率和更高的载流子浓度。r/>
技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提出了一种F、Sn共掺Ga2O3氧化镓基深紫外透明导电薄膜及其制备方法和应用，以解决现有技术存在的技术问题。
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种氧化镓基深紫外透明导电薄膜，所述导电薄膜为F、Sn共掺Ga2O3的n型导电薄膜，所述导电薄膜的化学式为(Sn
x
Ga1‑
x
)2(O1‑
y
F
y
)3，其中，0.001≤x≤0.038，0.209≤y≤0.310。
[0008]第二方面，本专利技术还提供了一种所述的氧化镓基深紫外透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0009]提供一衬底；
[0010]提供F、Sn共掺(Sn
x
Ga1‑
x
)2(O1‑
y
F
y
)3靶材；
[0011]利用F、Sn共掺(Sn
x
Ga1‑
x
)2(O1‑
y
F
y
)3靶材在衬底表面制备得到深紫外透明导电薄膜。
[0012]第三方面，本专利技术还提供了一种所述的氧化镓基深紫外透明导电薄膜或所述的制备方法制备得到的氧化镓基深紫外透明导电薄膜在制备光电子器件的窗口层和电极层材料中的应用。
[0013]本专利技术的一种氧化镓基深紫外透明导电薄膜及其制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：
[0014](1)本专利技术提供的氧化镓基深紫外透明导电薄膜，通过将F、Sn同时掺入Ga2O3，在保持Ga2O3超宽带隙的前提下，提高其导电性能。一方面，同时引入离子半径较大的Sn
4+
来取代Ga
3+
和离子半径较小的F
‑
取代O2‑
，通过离子尺寸相互补偿效应来提高施主杂质的溶解度和稳定性以及薄膜结晶质量；另一方面，Sn
4+
取代Ga
3+
和F
‑
取代O2‑
都能向Ga2O3晶格提供额外的自由载流子，因而F、Sn双施主掺杂的Ga2O3薄膜相对于单施主掺杂薄膜获得了更高的载流子浓度和更低的电阻率。
[0015](2)本专利技术制备得到的氧化镓基深紫外透明导电薄膜，具有单一(100)取向和单斜结构，以及很好的热稳定性，其紫外可见光平均透过率超过90％，且导电性良好，载流子浓度达到2.82
×
10
20
cm
‑3，电阻率低至7.53
×
10
‑2Ωcm。
[0016](3)本专利技术提供的氧化镓基深紫外透明导电薄膜的制备方法，所需的设备和操作工艺较为简单，原材料廉价易得，满足了大规模工业化生产的条件，制备得到的导电薄膜对深紫外以及可见光有很高的透过性，可应用在紫外发光器件(如LED、LD)和日盲紫外探测器等光电子器件的窗口层和电极层材料等。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本专利技术的氧化镓基深紫外透明导电薄膜制备方法的工艺流程图；
[0019]图2为本专利技术的实施例1～7以及对比例1～2制备得到的导电薄膜分别测试的XRD谱图；
[0020]图3为本专利技术的实施例1中制备得到的氧化镓基深紫外透明导电薄膜的透射光谱图；
[0021]图4为本专利技术的实施例1中制备得到的氧化镓基深紫外透明导电薄膜的(αhν)2与hν的关系图；
[0022]图5为本专利技术的实施例2中制备得到的氧化镓基深紫外透明导电薄膜的透射光谱图；
[0023]图6为本专利技术的实施例2中制备得到的氧化镓基深紫外透明导电薄膜的(αhν)2与hν的关系图；
[0024]图7为本专利技术的实施例3中制备得到的氧化镓基深紫外透明导电薄膜的透射光谱图；
[0025]图8为本专利技术的实施例3中制备得到的氧化镓基深紫外透明导电薄膜的(αhν)2与hν的关系图；
[0026]图9为本专利技术的实施例4中制备得到的氧化镓基深紫外透明导电薄膜的透射光谱图；
[0027]图10为本专利技术的实施例4中制备得到的氧化镓基深紫外透明导电薄膜的(αhν)2与
hν的关系图；
[0028]图11为本专利技术的实施例5中制备得到的氧化镓基深紫外透明导电薄膜的透射光谱图；
[0029]图12为本专利技术的实施例5中制备得到的氧化镓基深紫外透明导电薄膜的(αhν)2与hν的关系图；
[0030]图13为本专利技术的实施例6中制备得到的氧化镓基深紫外透明导电薄膜的透射光谱图；
[0031]图14为本专利技术的实施例6中制备得到的氧化镓基深紫外透明导电薄膜的(αhν)2与hν的关系图；
[0032]图15为本专利技术的实施例7中制备得到的氧化镓基深紫外透明导电薄膜的透射光谱图；
[0033]图16为本专利技术的实施例7中制备得到的氧化镓基深紫外透明导电薄膜的(αhν)2与hν的关系图；
[0034]图17为对比例1中制备得到的氧化镓基深紫外透明导电薄膜的透射光谱图；
[0035]图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化镓基深紫外透明导电薄膜，其特征在于，所述导电薄膜为F、Sn共掺Ga2O3的n型导电薄膜，所述导电薄膜的化学式为(Sn
x
Ga1‑
x
)2(O1‑
y
F
y
)3，其中，0.001≤x≤0.038，0.209≤y≤0.310。2.一种如权利要求1所述的氧化镓基深紫外透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一衬底；提供F、Sn共掺(Sn
x
Ga1‑
x
)2(O1‑
y
F
y
)3靶材；利用F、Sn共掺(Sn
x
Ga1‑
x
)2(O1‑
y
F
y
)3靶材在衬底表面制备得到深紫外透明导电薄膜。3.如权利要求2所述的氧化镓基深紫外透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，利用F、Sn共掺(Sn
x
Ga1‑
x
)2(O1‑
y
F
y
)3靶材在衬底表面制备得到氧化镓基深紫外透明导电薄膜具体包括：将所述衬底置于脉冲激光沉积系统真空腔体中，并将衬底加热至450～600℃，然后向真空腔体中通入氧气使得气压为1
×
10
‑3～1Pa，控制脉冲激光能量为200～350mJ/Pulse、脉冲频率为3～7Hz，沉积时间为60～120min，利用F、Sn共掺...

【专利技术属性】
技术研发人员：何云斌，张忠辉，卢寅梅，黎明锴，刘琦，陈兴驰，陈剑，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：