本发明专利技术涉及一种锡掺杂氧化铟（ＩＴＯ）／氧化镓（Ｇａ２Ｏ３）双层结构深紫外透明导电膜及其制备方法，属于电子材料技术领域。本发明专利技术以紫外光学石英玻璃为基板，用射频磁控溅射Ｇａ２Ｏ３陶瓷靶制备Ｇａ２Ｏ３层，厚度３０－６０ｎｍ；用直流磁控溅射ＩＴＯ靶材制备ＩＴＯ层，厚度１５－２９ｎｍ。溅射气体氩气压强０．２－２Ｐａ，射频溅射功率５０－１００Ｗ，基板温度２００－３２０℃，直流溅射电流８０－１５０ｍＡ，直流溅射电压２００－４００Ｖ。所制备的薄膜具有电阻率低、可见光范围透射率高以及紫外和深紫外区域透射率高等优良的光电性能。本发明专利技术方法获得的薄膜在紫外光电器件等领域具有良好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，属于电子材料技术领 域。
技术介绍
深紫外发光二极管在高密度光记录、生物与化学传感器的激发光源、安全通信、太空技术、医疗以及高速分解处理公害物质等领域有广泛应用。迄今为止，深紫外线光源以准 分子激光和各种倍频激光等气体和固体为媒介的紫外激光和气体灯为主流，存在体积大、 寿命短、价格高的缺点，难以实际应用。有机电致发光器件(OLEDs)由于具有高效率、高亮 度、宽视角、低功耗、自发光、响应速度快等特点，得到了人们广泛的关注。有机半导体材料 通过分子剪裁可调控光电性能，实现深紫外电致发光。有机深紫外发光二极管具有体积小、 重量轻、电压低、电流小、亮度高和发光响应速度快等优点，容易与晶体管和集成电路配套 使用，便于使用太阳能电池供电，可以在许多领域得到应用。用做有机深紫外发光二极管阳极电极的透明导电膜对有机深紫外发光二极管性 能起着关键的作用，透明导电膜肩负电极和透射发射层辐射的深紫外光双重功能。目前 研究较多的掺锡的氧化铟(简称ΙΤ0)薄膜、掺锑的氧化锡(SnO2 = Sb)薄膜、掺氟的氧化锡 (Sn02:F)薄膜、掺铝的氧化锌(Ζη0:Α1)薄膜等透明导电膜的光学带隙一般小于3. 7eV，光 学透明的波长范围被限制在400-700nm可见光波段，在紫外光区域内是不透明的。深紫外 透明导电膜成为制约深紫外有机电致发光器件研究的瓶颈。随着透明光电子学和光电子器 件的不断发展，要求透明导电膜的透明区域向深紫外扩展。深紫外透明导电膜在紫外光刻、 紫外发光器件、紫外探测器、DNA和高蛋白的分析仪器、紫外固化等众多领域有重要应用，因 此制备深紫外透明导电膜具有很大的应用价值。Ga2O3是一种宽禁带的深紫外透明半导体氧化物，禁带宽度4. 8-5. leV，对应吸收 边位于240nm-280nm，为直接带隙的半导体材料，在紫外光区的透过率达到80%以上，弥补 了传统的透明导电膜在深紫外区域不透明的缺点，Ga2O3是一种很有潜力的深紫外透明导电 材料。近年来，对Ga2O3基透明导电膜的研究主要集中在通过阳离子替位掺杂来提高其光 电性能，研究较多的是Sn4+替位Ga3+形成的Sn掺杂β -Ga2O3薄膜。制备Sn掺杂β -Ga2O3 薄膜的方法有脉冲激光沉积(Pulsed laser exposition)法，参见Masahiro Orita等人 的“低温制备高导电、深紫外透明β -Ga2O3薄膜”，《固体薄膜》411 (2002) 134-139 (Masahiro Orita, Hidenori Hiramatsu, Hiromichi Ohta, et al. Preparation of highly conductive, deepultraviolet transparent β -Ga2O3 thin film at low deposition temperatures, Thin SolidFilms 411(2002) 134—139)。脉冲激光沉积法制备的 Sn 掺杂 β -Ga2O3薄膜电导率8. 2S. cm—1 (电阻率0. 12 Ω . cm)，薄膜沉积衬底温度380-435°C。脉冲 激光沉积法设备昂贵，难以大面积成膜；用脉冲激光沉积法制备的Sn掺杂β -Ga2O3薄膜电 阻过高，距离实际的商业应用还有很大距离。因此，有必要研究一种新型的深紫外透明导电 膜。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有工业生产性、工艺稳定性好的一种锡掺杂氧化铟 (ITO)/氧化镓(Ga2O3)，使其工艺简单、成本低 廉、便于大面积成膜，所制成的透明导电膜在可见至深紫外光区域透明性好，电学性能优于 Sn掺杂β -Ga2O3薄膜，光电性能稳定。本专利技术提出一种双层结构深紫外透明导电膜，该透明导电膜由锡掺杂氧化 铟(ITO)/氧化镓(Ga2O3)两层组成，其中ITO层厚度15-29nm，优选22nm;Ga203层厚度 30-60nm,优选50nm。紫外光学石英玻璃选用JGSl远紫外光学石英玻璃或JGS2紫外光学石英玻璃。本专利技术提出的制备双层结构锡掺杂氧化铟(ITO)/氧化镓(Ga2O3)深紫外透明导电 膜的制备方法是利用现有技术的射频磁控溅射和直流磁控溅射相结合的方法制备双层结 构锡掺杂氧化铟(ITO)/氧化镓(Ga2O3)深紫外透明导电膜。本专利技术的制备是以氧化镓陶 瓷靶和锡掺杂氧化铟靶为靶材，Ga2O3陶瓷靶纯度99. 99wt%,IT0靶材中SnO2/(In203+Sn02) 的比例为IOwt %。以JGSl远紫外光学石英玻璃或JGS2紫外光学石英玻璃为基板，基板用 丙酮、酒精和去离子水超声波清洗，用氮气枪吹干。用机械泵和分子泵对溅射室抽真空，溅 射室真空度小于6. OX 10_4Pa。调整质量流量计流速和闸板阀开关，向溅射室内充入高纯氩 气，使溅射室的氩气压强0.2-2Pa。加热基板，使基板温度200-320°C。开启Ga2O3陶瓷靶的 射频电源，预溅射Ga2O3陶瓷靶，射频溅射功率50-100W ；待射频辉光放电稳定后，将基板转 至Ga2O3靶位对应位置溅射沉积Ga2O3层，厚度30-60nm。开启ITO靶材的直流电源，预溅射 ITO靶材，直流溅射电流80-150mA，直流溅射电压200-400V ；待直流辉光放电稳定后，将基 板转至ITO靶位对应位置溅射沉积ITO层，厚度15-29nm。交替溅射时基板盘转动以保证基 板处于不同靶材的相对位置。采用上述方法最后形成双层结构锡掺杂氧化铟(ITO)/氧化 镓(Ga2O3)深紫外透明导电膜。本专利技术较好的制备工艺参数如下基板温度250-30(TC，溅射气体氩气压强0. 5_lPa。射频磁控溅射Ga2O3靶材镀膜 时，射频溅射功率60-80W ；直流磁控溅射ITO靶材镀膜时，直流溅射电流100-140mA，直流溅 射电压280-360V。本专利技术方法制得的双层结构锡掺杂氧化铟(ITO)/氧化镓(Ga2O3)深紫外透明导电 膜厚度为45-89nm。可以根据需要，通过控制溅射Ga2O3薄膜和ITO薄膜时间来控制各自的膜厚以及总膜厚。实验结果表明，本专利技术制备的ITCVGa2O3双层薄膜具有Ga2O3薄膜的深紫外透明光 学性能和ITO薄膜的良好导电性。在优选工艺条件下，即基板温度250-300°C，溅射气体氩 气压强0. 5-lPa ；Ga2O3薄膜的制备采用射频磁控溅射纯度99. 99%的商品Ga2O3陶瓷靶，溅 射功率60-80W，溅射厚度50nm ；ITO薄膜的制备采用直流磁控溅射ITO靶，ITO靶材中SnO2/ (In203+Sn02)的比例为IOwt %，直流溅射电流100_140mA，直流溅射电压280-360V，溅射厚 度22nm。双层结构22nmIT0/50nmGa203薄膜光谱透射区域光波长延伸至深紫外光区域(λ < 300nm)，在280nm光学透过率(不含基板)为77. 6 %，在300nm光学透过率(不含基板) 为90. 4 %，在300-800nm光谱范围平均透过率(不含 基板)高于88 %，薄膜面电阻为323 Ω，薄膜电阻率为2. 32 X ΙΟ"3 Ω. cm0本专利技术方法具有工业生产前景，工艺成本低，性能稳定，便于大本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双层结构深紫外透明导电膜，其特征是该薄膜由锡掺杂氧化铟（ＩＴＯ）／氧化镓（Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］）两层组成，其中ＩＴＯ层厚度１５－２９ｎｍ，Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］层厚度３０－６０ｎｍ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：闫金良，李厅，张易军，赵银女，
申请(专利权)人：鲁东大学，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]
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