ZnO/Cu/ZnO透明导电薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开一种光电材料技术领域的ZnO/Cu/ZnO透明导电薄膜的制备方法，通过在基片上依次进行原子层沉积ZnO薄膜，磁控溅射沉积Cu中间层，原子层沉积ZnO薄膜。利用ZnO良好的光电特性和Cu的低电阻率，加入Cu中间层，形成ZnO/Cu/ZnO的三明治结构。由于Cu的掺入，载流子浓度增加，薄膜的导电性能有了很大的提高，电阻率可低至8.6×10-5Ω·cm，同时可见光透过率高，可达80%以上；且由于原子层沉积为自限制反应，薄膜的均匀性极好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种光电材料
的透明导电薄膜的制备方法，具体是一种原子层沉积和磁控溅射相结合aiO/Cu/ZnO透明导电薄膜的制备方法。
技术介绍
近年来，透明导电氧化物(TC0)作为电极材料在光电器件领域得到了广泛应用，包括平板显示、有机发光二极管(OLEDs)、太阳能电池等。铟锡氧化物(ITO)由于其高电导率、 高可见光透过率而成为最常用的TCO材料。然而，由于铟稀缺导致ITO价格昂贵，所以有必要寻求另一种可代替ITO且廉价的TCO材料。掺杂ZnO具备优良的导电性和可见光透过性， 目前研究较多的掺杂元素为Al和( ，然而在某些实际应用条件下，Al掺杂ZnO或( 掺杂 ZnO薄膜作为TCO材料应用的电阻仍然偏高。经过对现有技术的检索发现，Do-Joong Lee等人在杂志Advanced Functional Materials 2011 ^F- 21 ^ M 448-455 M ((Structural and Electrical Properties of Atomic Layer Deposited Al-Doped ZnO Films》中提出用原子层沉积制备Al掺杂ZnO (AZO)透明导电薄膜，但由于Al元素掺杂不均，AZO的电阻率最低为3. 2 ΧΙΟ3 Ω κπι，作为 TCO材料电阻率偏高。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种原子层沉积和磁控溅射技术相结合制备SiO/Cu/ZnO透明导电薄膜的方法，制备得到的透明导电薄膜均勻性优异；导电性好，电阻率可低至8.6 X 10-5 Ω · cm ；可见光透过率高，可达80%以上。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术在基片上依次进行原子层沉积ZnO薄膜，磁控溅射沉积Cu中间层，以及原子层沉积ZnO薄膜，得到aiO/Cu/ZnO的三明治结构的透明导电薄膜。所述的基片为经超声清洗的玻璃。所述的超声清洗是指采用异丙醇或去离子水将基片置于超声清洗机中分别超声清洗lOmin，后用压缩氮气吹干基片表面。所述的原子层沉积ZnO薄膜是指将原子层沉积室抽真空后，向沉积室中引入二乙基锌Si(CH2CH3)2后，用高纯氮气(纯度大于99. 999%)清洗沉积室并向沉积室中引入水蒸汽，沉积得到单层ZnO，沉积结束后再用高纯氮气清洗沉积室，并反复沉积150 300个循环，制成厚度为30 60nm的ZnO薄膜。所述将原子层沉积室抽真空，是指将原子层沉积室真空抽至8 hPa^l4 hPa。所述的二乙基锌、高纯氮气和水蒸汽在沉积室内暴露时间依次为二乙基锌 0. 1s、高纯氮气3s、水蒸汽0. 1s、高纯氮气3s。所述的磁控溅射沉积Cu中间层是指将磁控溅射室本底抽真空后，通入氩气，在 ZnO薄膜基础上直流溅射纯Cu靶，制成Cu中间层。所述的将磁控溅射室本底抽真空后，通入氩气，是指将磁控溅射室本底真空抽至 IO-4 1 后，通入氩气并调整气体流量计使气压达到lPa。所述在ZnO薄膜基础上直流溅射纯Cu靶，其中溅射功率为100W，溅射时间为 5s 30so所述的Cu中间层厚度为3ηπΓ25ηπι。本专利技术采用原子层沉积和磁控溅射技术相结合的方法，利用SiO良好的光电特性和Cu的低电阻率，加入Cu中间层，形成SiO/Cu/ZnO的三明治结构。由于Cu的掺入，载流子浓度增加，薄膜的导电性能有了很大的提高，同时可保持可见光透过率在80%以上，且由于原子层沉积为自限制反应，薄膜的均勻性极好。本专利技术制备工艺简单，沉积过程易于控制，沉积后的薄膜无需进行热处理。本专利技术制备的透明导电薄膜均勻性好，光电性能优异，可用于制造太阳能电池、有机发光二极管 (OLEDs)等光电器件的透明电极。附图说明图1为本专利技术方法得到的SiO/Cu/ZnO透明导电薄膜示意图； 图中1为基片，2为ZnO薄膜层，3为C中间u层，4为ZnO薄膜层。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1 将玻璃基片用异丙醇、去离子水在超声波清洗器中洗净，吹干，装入原子层沉积室内。抽真空至8 hPa，将基片加热至200 ° C，进行ZnO沉积循环，即二乙基锌/Ν2/Η20/ N2= (0. ls/3s/0. ls/3s)，循环150次后，将其放入磁控溅射室，进行Cu中间层的溅射，即真空抽至10_4 1 后，通入氩气并调整气体流量计使气压达到lPa，设置溅射功率为100W，溅射时间为5s，在ZnO薄膜基础上直流溅射纯Cu靶，制成约3nm的Cu中间层。最后再进行150 个SiO原子层沉积循环。待沉积室温度降至室温后，打开沉积室，制成厚度约60 nm的薄膜。实施例2 将玻璃基片用异丙醇、去离子水在超声波清洗器中洗净，吹干，装入原子层沉积室内。抽真空至14 hPa，将基片加热至200 ° C，进行ZnO沉积循环，即二乙基锌/Ν2/Η20/ N2= (0. ls/3s/0. ls/3s)，循环300次后，将其放入磁控溅射室，进行Cu中间层的溅射，即真空抽至10_4 1 后，通入氩气并调整气体流量计使气压达到lPa，设置溅射功率为100W，溅射时间为10s，在ZnO薄膜基础上直流溅射纯Cu靶，制成约5 nm的Cu中间层。最后再进行 300个ZnO原子层沉积循环。待沉积室温度降至室温后，打开沉积室，制成厚度约120 nm的薄膜。实施例3:将玻璃基片用异丙醇、去离子水在超声波清洗器中洗净，吹干，装入原子层沉积室内。抽真空至IOhPa,将基片加热至200 ° C，进行ZnO沉积循环，即二乙基锌/Ν2/Η20/N2= (0. ls/3s/0. ls/3s)，循环200次后，将其放入磁控溅射室，进行Cu中间层的溅射，即真空抽至10_4 1 后，通入氩气并调整气体流量计使气压达到lPa，设置溅射功率为100W，溅射时间为15 s，在ZnO薄膜基础上直流溅射纯Cu靶，制成约8 nm的Cu中间层。最后再进行 200个ZnO原子层沉积循环。待沉积室温度降至室温后，打开沉积室，制成厚度约85 nm的薄膜。实施例4 将玻璃基片用异丙醇、去离子水在超声波清洗器中洗净，吹干，装入原子层沉积室内。抽真空至12hPa，将基片加热至200 ° C，进行ZnO沉积循环，即二乙基锌/Ν2/Η20/ N2= (0. ls/3s/0. ls/3s)，循环200次后，将其放入磁控溅射室，进行Cu中间层的溅射，即真空抽至10_4 1 后，通入氩气并调整气体流量计使气压达到lPa，设置溅射功率为100W，溅射时间为20 s，在ZnO薄膜基础上直流溅射纯Cu靶，制成约10 nm的Cu中间层。最后再进行 200个ZnO原子层沉积循环。待沉积室温度降至室温后，打开沉积室，制成厚度约87 nm的薄膜。实施例5 将玻璃基片用异丙醇、去离子水在超声波清洗器中洗净，吹干，装入原子层沉积室内。 抽真空至8 hPa 14 hPa,将基片加热至200 ° C，进行ZnO沉积循环，即二乙基锌/Ν2/Η20/ N2= (0. ls/3s/0. ls/3s)，循环200次后，将其放入磁控溅射室，进行Cu中间层的溅射，即真空抽至10_4 1 后，通入氩气并本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＺｎＯ／Ｃｕ／ＺｎＯ透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：在基片上依次进行原子层沉积ＺｎＯ薄膜，磁控溅射沉积Ｃｕ中间层，以及原子层沉积ＺｎＯ薄膜，得到ＺｎＯ／Ｃｕ／ＺｎＯ的三明治结构的透明导电薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种aiO/Cu/ZnO透明导电薄膜的制备方法，其特征在于在基片上依次进行原子层沉积ZnO薄膜，磁控溅射沉积Cu中间层，以及原子层沉积ZnO薄膜，得到SiO/Cu/ZnO的三明治结构的透明导电薄膜。2.根据权利要求1所述的SiO/Cu/ZnO透明导电薄膜的制备方法，其特征是，所述的基片为经超声清洗的玻璃。3.根据权利要求2所述的SiO/Cu/ZnO透明导电薄膜的制备方法，其特征是，所述的超声清洗是指采用异丙醇或去离子水将基片置于超声清洗机中分别超声清洗lOmin，后用压缩氮气吹干基片表面。4.根据权利要求1所述的SiO/Cu/ZnO透明导电薄膜的制备方法，其特征是，所述的 ZnO沉积是指将原子层沉积室抽真空后，向沉积室中引入二乙基锌Zn(CH2CH3)2后，用纯度大于99. 999%的高纯氮气清洗沉积室并向沉积室中引入水蒸汽，沉积得到单层&ι0，沉积结束后再用高纯氮气清洗沉积室，并反复沉积10(Γ300个循环。5.根据权利要求4所述的SiO/Cu/ZnO透明导电薄膜的制备方法，其特征是，所述的将原子层沉积室抽真...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋佳，李文英，姜来新，尹桂林，余震，何丹农，
申请(专利权)人：上海交通大学，上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：31