一种铝掺杂氧化锌薄膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铝掺杂氧化锌薄膜的制备方法，所述制备方法采用原子层沉积和等离子体增强原子层沉积的组合技术，以依次进行第一原子层沉积、第二原子层沉积、第一等离子体增强原子层沉积和第二等离子体增强原子层沉积为一次大循环，重复所述大循环，得到铝掺杂氧化锌薄膜。本发明专利技术提供的制备方法能够使铝原子更加有效地置换锌原子，同时控制薄膜中锌和铝的比例，从而提升薄膜的透光率，并且电阻率较低，工艺适配度高，可以广泛应用。可以广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
一种铝掺杂氧化锌薄膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及薄膜制备领域，具体涉及一种铝掺杂氧化锌薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]通常来讲，可见光的平均透过率超过80％且电阻率小于10
‑3Ω
·
cm的薄膜可以称为透明导电薄膜。而透明导电氧化物(TCO)薄膜统一了物质的导电性与透明性这对矛盾，即透明材料的禁带宽度大于3eV，载流子少，导电性差，导电材料因大量自由电子对入射光子吸收引发内光电效应，从而使得可见光无法穿透。
[0003]目前，铟锡氧化物(ITO)因其具有优异的光电性能得到了广泛的应用，其可见光透过率＞90％且电阻率＜2
×
10
‑4Ω
·
cm。但是，铟是一种稀缺资源，不仅产量不稳定，而且价格昂贵，因而大大限制了ITO薄膜的大规模的应用。因此，寻找代替ITO薄膜的材料成为了光伏产业中降本的一个重要路径。
[0004]氧化锌(ZnO)基薄膜具有与ITO薄膜相似的光电性能，是代替ITO的一种理想选择。ZnO是一种天然的n型半导体材料，通过对ZnO进行有效的掺杂，可以调节和改变其性能，制备出高质量的薄膜，其中铝掺杂氧化锌(AZO)薄膜被广泛应用。
[0005]CN102021535A公开了一种铝掺杂氧化锌透明导电薄膜的低温制备方法，该方法使用原子层沉积技术制备铝掺杂氧化锌薄膜，先将二乙基锌通入反应腔脉冲0.1s，然后通入0.2s水蒸汽，完成一个氧化锌的循环；之后先将三甲基铝通入脉冲0.2s，然后通入水蒸汽0.2s，完成一个氧化铝的循环，多个氧化锌的循环和1个氧化铝的循环组成1个大循环，得到铝掺杂氧化锌透明导电薄膜。
[0006]CN102994975A公开了一种铝掺杂氧化锌透明导电氧化物薄膜的制备方法，该方法向反应腔通入锌源前驱体脉冲，然后通入水蒸汽脉冲，完成一个循环的氧化锌的沉积；同上完成一个循环的氧化铝的沉积；在完成氧化锌和氧化铝循环沉积后，通入高纯氢气，然后清除多余氢气，完成一个氢气氛条件下铝掺杂氧化锌薄膜沉积过程；最终完成铝掺杂氧化锌透明导电氧化物薄膜的制备。
[0007]CN102051594A公开了一种原子层沉积制备Al掺杂ZnO透明导电薄膜的方法，该方法通过将基片加热后依次进行多组复合沉积、每组复合沉积由多次ZnO沉积和Al掺杂沉积组成，得到原子层沉积制备的Al掺杂ZnO透明导电薄膜。
[0008]上述制备方法普遍采用原子层沉积技术制备铝掺杂氧化锌薄膜，但是采用单一的原子层沉积技术进行铝掺杂，掺杂原子活性相对较弱，形成有效掺杂的铝原子浓度不高，所得AZO薄膜的电阻率相对比较高，透光率普遍在88％左右，并且透光率难以进一步提升。
[0009]因此，提供一种透光率高并且电阻率较低的铝掺杂氧化锌薄膜的制备方法具有重要意义。

技术实现思路

[0010]针对以上问题，本专利技术的目的在于提供一种铝掺杂氧化锌薄膜的制备方法，与现
有技术相比，本专利技术提供的制备方法不仅可以显著提升薄膜的透光率，并且电阻率较低，而且工艺适配度高，可以广泛应用。
[0011]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0012]本专利技术提供一种铝掺杂氧化锌薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0013](1)在真空条件下对硅片进行加热，得到预热后的硅片；
[0014](2)使用锌源和水蒸汽于步骤(1)所述预热后的硅片表面进行第一原子层沉积，得到氧化锌层；
[0015](3)使用锌源和水蒸汽在步骤(2)所述氧化锌层表面进行第二原子层沉积，得到复合氧化锌层；
[0016](4)使用铝源和水蒸汽在步骤(3)所述复合氧化锌层表面进行第一等离子体增强原子层沉积，得到氧化铝层；
[0017](5)使用铝源和水蒸汽在步骤(4)所述氧化铝层表面进行第二等离子体增强原子层沉积，得到复合氧化铝层；
[0018](6)以步骤(2)至步骤(5)的操作为一次大循环，重复所述大循环，得到铝掺杂氧化锌薄膜。
[0019]首先，本专利技术采用原子层沉积和等离子体增强原子层沉积的组合技术，先采用原子层沉积制备复合氧化锌层，再采用等离子体增强原子层沉积技术沉积复合氧化铝层，一方面在衬底上采用原子层沉积能够避免等离子体对衬底造成损伤，另一方面，进行掺杂时采用等离子体增强原子层沉积，能够增加掺杂原子活性，使铝原子能够更有效地置换锌原子，从而提升薄膜性能。其次，本专利技术先采用第一等离子体增强原子层沉积制备氧化铝层，再采用第二次沉积等离子体增强原子层沉积制备复合氧化铝层，通过在一次大循环中进行两次铝的沉积，不仅能够减小对氧化锌层的损伤，还可以提高沉积速率，增强致密性以及提高掺杂浓度，从而进一步提升薄膜的透光性，并且保持较低的电阻率。
[0020]优选地，步骤(1)所述硅片在加热前采用RCA标准工艺清洗。
[0021]优选地，步骤(1)所述真空条件下的真空度为1
‑
3Torr，例如可以是1Torr、1.2Torr、1.4Torr、1.6Torr、1.8Torr、2Torr、2.2Torr、2.4Torr、2.6Torr、2.8Torr或3Torr，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0022]本专利技术优选控制真空条件下的真空度在特定范围，可以提高成膜速度的同时改善薄膜的均匀性。
[0023]所述加热的温度为180
‑
200℃，例如可以是180℃、182℃、184℃、186℃、188℃、190℃、192℃、194℃、196℃、198℃或200℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0024]本专利技术优选控制加热的温度在特定范围，可以提高透明度的同时保持较低的电阻率，并且保证镀膜速度。
[0025]优选地，步骤(2)所述第一原子层沉积的过程包括：先通入二乙基锌脉冲0.2
‑
0.5s，例如可以是0.2s、0.3s、0.4s或0.5s，然后通入氩气吹扫10
‑
15s，例如可以是10s、11s、12s、13s、14s或15s，再通入水蒸汽脉冲0.2
‑
0.5s，例如可以是0.2s、0.3s、0.4s或0.5s，之后通入氩气吹扫10
‑
15s，例如可以是10s、11s、12s、13s、14s或15s，不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0026]优选地，步骤(3)所述第二原子层沉积的过程包括：以先通入二乙基锌脉冲0.2
‑
0.5s，例如可以是0.2s、0.3s、0.4s或0.5s，然后通入氩气吹扫10
‑
15s，例如可以是10s、11s、12s、13s、14s或15s，再通入水蒸汽脉冲0.2
‑
0.5s，例如可以是0.2s、0.3s、0.4s或0.5s，之后通入氩气吹扫10
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15s，例如可以是10s、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝掺杂氧化锌薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)在真空条件下对硅片进行加热，得到预热后的硅片；(2)使用锌源和水蒸汽于步骤(1)所述预热后的硅片表面进行第一原子层沉积，得到氧化锌层；(3)使用锌源和水蒸汽在步骤(2)所述氧化锌层表面进行第二原子层沉积，得到复合氧化锌层；(4)使用铝源和水蒸汽在步骤(3)所述复合氧化锌层表面进行第一等离子体增强原子层沉积，得到氧化铝层；(5)使用铝源和水蒸汽在步骤(4)所述氧化铝层表面进行第二等离子体增强原子层沉积，得到复合氧化铝层；(6)以步骤(2)至步骤(5)的操作为一次大循环，重复所述大循环，得到铝掺杂氧化锌薄膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述硅片在加热前采用RCA标准工艺清洗。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述真空条件下的真空度为1
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3Torr；所述加热的温度为180
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200℃。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述第一原子层沉积的过程包括：先通入二乙基锌脉冲0.2
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0.5s，然后通入氩气吹扫10
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15s，再通入水蒸汽脉冲0.2
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0.5s，之后通入氩气吹扫10
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15s。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述第二原子层沉积的过程包括：以先通入二乙基锌脉冲0.2
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0....

【专利技术属性】
技术研发人员：董雪迪，林佳继，张武，刘群，
申请(专利权)人：拉普拉斯无锡半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：