本发明专利技术属于光电子信息功能材料技术领域，具体涉及一种Ga掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法，包括如下步骤：称取ZnO粉末和Ga2O3粉末，其中Ga占总粉末的摩尔百分含量为1~3%，将称取的粉末经预烧结和烧结处理，制得Ga掺杂ZnO靶材；将衬底和制得的靶材装入磁控溅射镀膜机中，将溅射室抽真空，通入氩气，控制工作压强为0.1~0.5Pa；将衬底的温度升至300~600℃，控制溅射功率为80~120W，进行镀膜处理，制得Ga掺杂ZnO透明导电薄膜，本发明专利技术的制备方法可大面积规模化生产、工艺简单、成本低，制得的透明导电薄膜表面平整致密，粗糙度较小，电阻率低，透过率高，性能稳定，应用前景广阔。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电子信息功能材料
，具体涉及。
技术介绍
透明导电薄膜是把光学透明性能与导电性能复合在一体的光电材料，由于其具有优异的光电特性，成为近年来的研究热点和前沿课题，现已广泛应用于平板显示、太阳能电池、光电器件、压电器件和声学器件等多个领域。透明导电氧化物薄膜主要有氧化铟(In2O3)、氧化锡(SnO2)和氧化锌(ZnO)基三大体系。SnO2膜是最早获得商业使用的透明导电材料，但这种薄膜难以刻蚀，且SnO2的成膜温度相对较高，在有机材料衬底上不容易获得高质量的透明导电薄膜；目前，锡掺杂氧化铟(ITO)薄膜是使用最广泛的透明导电膜，主要应用在平板显示等商业领域，但In是一种稀有金属，产量少，价格昂贵，而且ITO应用于太阳能电池时，在等离子体中不够稳定。因此，人们迫切需要找到一种价格低廉且性能优异的ITO替换材料。近年来，ZnO作为一种透明导电氧化物薄膜材料引起了广泛的关注，与传统的In2O3基和SnO2基透明导电薄膜相比，ZnO透明导电膜具有原材料丰富、无毒、掺杂可以提高薄膜的电导率和稳定性等优点，作为一种重要的光电子信息材料，ZnO透明导电膜优良的光电特性使其在太阳能电池、液晶显示器、热反射镜等领域得到广泛的应用。由于ZnO薄膜的电阻率很大，为提高ZnO薄膜的电学性能，常用III族元素(Al，In)对其进行η型掺杂。申请号为201010214412. 7的中国专利技术专利公开了一种Al掺杂的ZnO透明导电薄膜，所述薄膜材料的化学成分符合化学式ZrvxAlxO，其中O. 01彡χ彡O. 05 ;申请号为200910111243. I的中国专利技术专利公开了一种低铟掺杂量氧化锌透明导电膜，该导电膜中，铟原子与铟原子和锌原子之和的原子比 2%，沿(002)取向的六方纤锌矿相结构。然而，用Al或In掺杂ZnO透明导电薄膜仍有一些不足之处一方面，在高掺杂浓度情况下，Al和In掺杂对ZnO晶格畸变的影响较大；另一方面，在薄膜的沉积过程中，Al和In易氧化，使透明导电薄膜性能不稳定。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供，本专利技术的制备方法可大面积规模化生产、工艺简单、成本低，所制得的Ga掺杂ZnO透明导电薄膜表面平整致密，粗糙度较小，电阻率低，透过率高，性能稳定，应用前景广阔。本专利技术的目的通过下述技术方案实现，包括如下步骤`(I)称取ZnO粉末和Ga2O3粉末，其中Ga占总粉末的摩尔百分含量为Γ3%，将称取的粉末经预烧结处理，将预烧结后的粉末再经烧结处理，制得Ga掺杂ZnO靶材； (2)将衬底和步骤(I)制得的靶材装入磁控溅射镀膜机中，靶材和衬底的距离为6 10cm，将溅射室抽真空至I. OXKT4Pa I. O X l(T3Pa，通入氩气，气体流量为2(T25sccm，控制工作压强为O. Γ0. 5Pa ； (3)将步骤(2)中衬底的温度升至30(T60(TC，控制溅射功率为8CT120W，溅射时间为r3h,进行镀膜处理，制得Ga掺杂ZnO透明导电薄膜。优选的，步骤(I)中，Ga占总粉末的摩尔百分含量为2%。 优选的，步骤(I)中，预烧结的具体步骤为将称取的粉末加入相当于ZnO质量O. 8^1. 2倍的无水乙醇球磨f 2h，使其混合均匀，随后烘干5 7h，将干燥好的粉末在50(T90(TC温度下保温4 6h进行预烧结处理。优选的，步骤(I)中，烧结的具体步骤为将预烧结后的粉末加入相当于ZnO质量8% 12%的聚乙烯醇研磨l 3h，使其混合均匀，随后在15 25MPa压力下压制成型，将压制成型的生坯在120(Tl40(rC温度下保温3 5h进行烧结处理。优选的，步骤(I)和步骤(2)中，ZnO粉末的纯度为99%以上，Ga2O3粉末和氩气的纯度均为99. 99%以上。优选的，步骤(2)中，衬底为蓝宝石、玻璃和石英中的任意一种。优选的，步骤(2)中，靶材和衬底的距离为8cm，溅射室的真空气压为5X10_4Pa。优选的，步骤(2)中，气体流量为22sccm，工作压强为O. 3Pa。优选的，步骤(3)中，衬底的温度为450°C，溅射功率为100W，溅射时间为2h。根据上述制备方法制得的一种Ga掺杂ZnO透明导电薄膜，所述薄膜均为六角纤锌矿结构，具有(002)方向的择优生长优势，表面平整致密，粗糙度较小，性能稳定，薄膜的电阻率< 6Χ10_4Ω · cm，可见光光谱范围平均透过率彡90%。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点 本专利技术的制备方法可大面积规模化生产、工艺简单、成本低，制备过程中无重金属中毒或污染等现象，所制得的Ga掺杂ZnO透明导电薄膜均为六角纤锌矿结构，具有(002)方向的择优生长优势，表面平整致密，粗糙度较小，电阻率低，透过率高，性能稳定，可以替代目前大量使用的ITO薄膜，应用于平板显示、太阳能电池、光电器件、压电器件和声学器件等多个领域。附图说明 图I为实施例I中Ga掺杂ZnO透明导电薄膜的XRD图谱； 图2为实施例I中Ga掺杂ZnO透明导电薄膜的光学透射谱； 图3为实施例2中Ga掺杂ZnO透明导电薄膜的XRD图谱； 图4为实施例2中Ga掺杂ZnO透明导电薄膜的光学透射谱； 图5为实施例3中Ga掺杂ZnO透明导电薄膜的XRD图谱； 图6为实施例3中Ga掺杂ZnO透明导电薄膜的光学透射谱。具体实施例方式 为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1飞对本专利技术作进一步详细的描述。实施例I，称取纯度为99%的ZnO粉末40g和纯度为99. 99%的Ga2O3粉末O. 47g，其中Ga占总粉末的摩尔百分含量为1%，将称取的粉末加入32mL无水乙醇球磨lh，使其混合均匀，随后烘干5h，将干燥好的粉末在500°C温度下保温4h进行预烧结处理，将预烧结后的粉末加入3. 2g聚乙烯醇研磨lh，使其混合均匀，随后在15MPa压力下压制成型，将压制成型的生坯在1200°C温度下保温3h进行烧结处理，制得Ga掺杂ZnO靶材；将清洗干净的蓝宝石衬底和制得的靶材装入磁控溅射镀膜机中，靶材和衬底的距离为6cm，将溅射室抽真空至I. OX 10_4Pa，通入纯度为99. 99%的氩气，气体流量为20sccm，控制工作压强为O. IPa ;将衬底的温度升至300°C，控制溅射功率为80W，溅射时间为lh，进行镀膜处理，制得Ga掺杂ZnO透明导电薄膜，本专利技术的制备方法可大面积规模化生产、工艺简单、成本低。根据上述制备方法制得的一种Ga掺杂ZnO透明导电薄膜，表面平整致密，粗糙度较小，经检测得到图I和图2，图I为实施例I中Ga掺杂ZnO透明导电薄膜的XRD图谱，可见制得的Ga掺杂ZnO透明导电薄膜均为六角纤锌矿结构，具有(002)方向的择优生长优势；图2为实施例I中Ga掺杂ZnO透明导电薄膜的光学透射谱，可见制得的Ga掺杂ZnO透明导电薄膜在可见光光谱范围内的平均透过率达90% ;经检测所得薄膜的电阻率为·5.32 X ICT4 Ω · cm,性能稳定。实施例2 ，称取纯度为99%的ZnO粉末40g和纯度为99. 99%的Ga2O3粉末O. 94g，其中Ga占总粉末的摩尔百分含量为2%，将称取的粉末加入40mL无水乙醇球磨I. 5h，使其混合均匀，随后烘干6h，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ga掺杂ZnO透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）称取ZnO粉末和Ga2O3粉末，其中Ga占总粉末的摩尔百分含量为1~3%，将称取的粉末经预烧结处理，将预烧结后的粉末再经烧结处理，制得Ga掺杂ZnO靶材；（2）将衬底和步骤（1）制得的靶材装入磁控溅射镀膜机中，靶材和衬底的距离为6~10cm，将溅射室抽真空至1.0×10？4Pa～1.0×10？3Pa，通入氩气，气体流量为20~25sccm，控制工作压强为0.1~0.5Pa；（3）将步骤（2）中衬底的温度升至300~600℃，控制溅射功率为80~120W，溅射时间为1~3h，进行镀膜处理，制得Ga掺杂ZnO透明导电薄膜。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘敏霞，吴木营，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：
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