一种耐腐蚀ZnO薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐腐蚀ZnO薄膜及其制备方法，属于半导体材料与器件技术领域。ZnO薄膜通过射频磁控共溅射法制备，所用的靶材为Sn靶、本征ZnO靶和AZO靶（Al掺杂的ZnO靶），制备Sn掺杂的ZnO薄膜和Al-Sn共掺杂的ZnO薄膜。本征ZnO薄膜掺入Sn之后，其耐腐蚀性得到改善；对Al掺杂的ZnO薄膜掺入Sn之后（Al-Sn共掺的ZnO薄膜）其耐腐蚀性能也得到改善，而且Al-Sn共掺的ZnO薄膜相对于Sn单独掺杂的ZnO薄膜其耐腐蚀性能更好。本方法制作工艺简单，沉积温度低，所用材料和工艺对环境无污染，制得的ZnO薄膜具备耐腐蚀和透明导电功能，可以提高ZnO薄膜材料和器件在恶劣环境下工作的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是ー种透明导电耐腐蚀薄膜，尤其涉及ー种透明导电耐腐蚀的Sn掺杂ZnO薄膜和Al-Sn共掺杂的ZnO薄膜及其制备方法。
技术介绍
透明导电薄膜是ー类特殊的光电信息功能材料，不仅具备良好的电学特性，而且在可见光波段范围具有高透光性，红外波段范围具有高反射性，紫外波段具有良好的吸收性。正是因为透明导电薄膜具有着优异的光电特性，使得这类材料在太阳能电池、液晶显示器、薄膜晶体管、紫外探測器、抗静电涂层、巡航导弹窗口和现代战机等领域具有很好的应用前景。在透明导电薄膜中，ZnO薄膜由于具有制造成本低廉、无毒、易于掺杂和光电性能优 异等优势，这种薄膜材料及制备的各种元器件的得到广泛应用，而根据实际工作的环境介质不同，例如不同气候环境(エ业、近海エ业、海洋)、湿热环境以及其它ー些恶劣的环境等，因此需要提高这类薄膜材料在腐蚀环境介质中的耐腐蚀性以及长期使用的可靠性。
技术实现思路
技术问题本专利技术针对现有技术的不足和局限性，提供ー种利用磁控溅射技术制备可以在含有NaCl的环境中工作的ZnO透明导电耐腐蚀薄膜。技术方案为达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现 ー种耐腐蚀ZnO薄膜,包括ZnO,所制备的薄膜中还含有Sn,所述Sn掺杂ZnO薄膜的电阻率6. 99 X 1(Γ2 Ω χπΓ . 06 X KT1 Ω-cm, 400 900nm波段的平均透过率为69% 82%，极化电阻6. 20 XlO4 Ω I. 20 X IO6 Ω。所制备的薄膜中还含有Al，所述Al、Sn共掺杂ZnO薄膜的电阻率I. 49X I(T3 Ω χπΓ5· 10X I(Γ3Ω-cm,400 900nm波段的平均透过率为82% 89%，极化电阻3. 96 XlO5 Ω I. 40 X IO6 Ω。一种制备所述的ZnO薄膜的制备方法，包括如下步骤 (1)以Sn和ZnO材料作为靶材，将靶材安装在磁控溅射设备的腔室内； (2)清洗待镀膜的衬底，除去衬底表面的沾污，然后吹干； (3)将吹干后的衬底放入射频磁控溅射腔室内，抽真空至腔室内的真空度小于O.IPa,并加热衬底至100°C ^200°C ； (4)向腔室内通入惰性气体，并设置衬底旋转； (5)通过磁控溅射方式，向Sn和ZnO两个靶上加射频电压Sn靶射频电压O 16V，Zn0靶射频电压O 32V，然后通过两个靶共溅射的方式沉积Sn掺杂的ZnO薄膜。一种制备所述的ZnO薄膜的制备方法，包括如下步骤 (1)以Sn和AZO材料作为靶材，将靶材安装在磁控溅射设备的腔室内； (2)清洗待镀膜的衬底，除去衬底表面的沾污，然后吹干； (3)将吹干后的衬底放入射频磁控溅射腔室内，抽真空至腔室内的真空度小于O.!Pa,并加热衬底至100°c ^200°C ； (4)向腔室内通入惰性气体，并设置衬底旋转； (5)通过磁控溅射方式，向Sn和AZO两个靶上加射频电压Sn靶射频电压O 6V，AZ0靶射频电压O 32V，然后通过两个靶共溅射的方式沉积Al-Sn共掺杂的ZnO薄膜。原理下面对本专利技术原理作进ー步描述 步骤I、以Ζη0、ΑΖ0和Sn材料分别作为靶材，ZnO靶、AZO靶和Sn靶放置在磁控溅射沉积设备的腔室中，射频电压直接加在靶材上； 步骤2、清洗待镀膜的衬底，除去衬底表面的沾污， 然后吹干放入腔室内，并加热衬底温度至160 0C ； 步骤3、待腔室内的真空度抽到6X KT4Pa时，打开ZnO靶(纯度99. 999%)和Sn靶(纯度99. 99%)对应的射频功率源并预热5 15分钟；开始控制基底支架旋转(10r/mirT30r/min),通入Ar气20sccnT40sccm ;加射频电压,使祀材和阳极罩之间产生辉光，设置ZnO革巴的溅射功率为100W 200W，调节Sn靶溅射功率分别为(T30W ;预溅射5 10分钟，去除靶材表面氧化和沾污；然后迅速将两个挡板打开并计时；生长结束后，将挡板关闭，关闭抽真空设备之后取出试样； 步骤4、待腔室内的真空度抽到5 X KT4Pa时，打开AZO靶(纯度99. 999%)和Sn靶(纯度99. 99%)对应的射频功率源并预热5 15分钟；开始控制基底支架旋转(10r/mirT30r/min),通入Ar气20sccnT40sccm ;加射频电压,使祀材和阳极罩之间产生辉光，设置AZO革巴的溅射功率为100W 200W，调节Sn靶溅射功率分别为0 10W ;预溅射10分钟，去除靶材表面氧化和沾污；然后迅速将两个挡板打开并计时；生长结束后，将挡板关闭，关闭抽真空设备之后取出试样； 步骤5、在薄膜试样的面中心处制备带有银浆的铜线作为测试电极，然后放入15(T250°C管式炉中，在N2气氛下进行排胶15分钟，排胶结束后在银浆的表面及铜线上涂覆ー层AB胶，采用质量百分比浓度为3. 5%的NaCl溶液； 步骤6、利用CHI660D型电化学工作站对薄膜进行动电位极化曲线测试，采用三电极体系测试电极为工作电极，钼电极为辅助电极，饱和甘汞电极为參比电极。质量百分比浓度为3. 5%NaCl溶液，极化电位扫描范围-1V 2V，扫描步长为2mV/s，工作电极和钼电极之间的距离保持约10mm。先将样品没入溶液中浸泡一段时间，待开路电位稳定后开始测试动电位极化曲线。利用Bruker D8 Advance型X射线衍射仪对薄膜样品的结晶质量和晶体结构进行测试表征，结果见图I (a)和图2 (a)。图I (a)为实施例I得到的不同Sn溅射功率下ZnO薄膜的XRD。由图可以看出三个试样均表现出c轴择优取向，Sn溅射功率为IOW和20W的样品均没有观察到Sn单质或Sn氧化物的衍射峰，仅出现ZnO (002)的衍射峰，说明其取向性较好。而在Sn溅射功率为30W样品中出现了微弱的ZnSnO3衍射峰。EDS测得三个样品中Sn含量依次为I. 58 at%、2. 31 at%和3. 43 at%。图2 (a)为实施例7得到的不同Sn溅射功率下Al-Sn共掺ZnO薄膜的XRD。由图可以看出三个样品都表现出明显的c轴择优取向，没有观察到关于单质Al和Sn及其氧化物的衍射峰。三个样品在34.6°左右出现了强烈的衍射峰，这个峰正好对应ZnO (002)晶面的衍射峰，表明制备的Al-Sn共掺ZnO薄膜都是六角纤锌矿结构。EDS测得Sn溅射功率为5W和IOW的样品中Sn含量分别为I. 14 at%和I. 47 at%。随着Sn溅射功率的増加，Al-Sn共掺ZnO薄膜的(002)衍射峰強度先増加后减小，半高宽依次为O. 307,0. 304,0. 369，这说明适量Sn的加入可以改善薄膜的结晶质量，但是过量Sn (样品中Sn含量大于3. 5 at%)的加入也会导致薄膜结晶质量变差。利用KDY-I型四探针方阻测试仪和AMBIOS XP-I型台阶仪对薄膜进行电学性能测试，结果见图I (b)和图2 (b)。图I (b)为实施例I得到的不同Sn溅射功率下ZnO薄膜的电阻率。从图中可以看到ZnO薄膜的电阻率随Sn溅射功率的増加呈现出先降低后升高的趋势。当Sn的溅射功率为20W吋，ZnO薄膜具有最低电阻率6.99X 10_2Ω .cm。图2 (b)为实施例7得到的不同Sn溅射功率下Al-Sn 共掺ZnO本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种耐腐蚀ZnO薄膜，包括ZnO，其特征在于所制备的薄膜中还含有Sn，所述Sn掺杂ZnO薄膜的电阻率6. 99 X 10_2Q-cml. 06 X KT1 Ω - cm，400 900nm波段的平均透过率为69% 82%，极化电阻 6. 20 X IO4 Ω I. 20 X IO6 Ω。2.根据权利要求I所述的ZnO薄膜，其特征在干所制备的薄膜中还含有Al，所述Al、Sn共掺杂ZnO薄膜的电阻率I. 49 X 1(Γ3 Ω χπΓ5· 10 X 1(Γ3 Ω-cm, 40(T900nm波段的平均透过率为 82% 89%，极化电阻 3. 96 XlO5 Ω I. 40 X IO6 Ω。3.ー种制备权利要求I所述的ZnO薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤 (1)以Sn和ZnO材料作为靶材，将靶材安装在磁控溅射设备的腔室内； (2)清洗待镀膜的衬底，除去衬底表面的沾污，然后吹干； (3)将吹干后的衬底放入射频磁控溅射腔室内，抽真空至腔室内的真空度小于O.IPa,并加热衬底至100°C ^200°C ； (4)向腔室内通入惰性气体，并设置衬底旋转； (5)通过磁控溅射方式，向Sn和ZnO两个靶上加射频电压Sn靶射频电压O 16V，ZnO靶射频电压O 32V，然后通过两个靶共溅射的方式沉积Sn掺杂的ZnO薄膜。4.ー种制备权利要求2所述的ZnO薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤 (1)以Sn和AZO材料作为靶材，将靶材安装在磁控溅射设备的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，沈鸿烈，王威，岳之浩，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：