PatViewer专利搜索
中国 发明 无效

ECR-PEMOCVD低温沉积Ga、Al共同掺杂ZnO薄膜的制备方法 【EN】Preparation method of Ga/Al-codoped ZnO film by ECR-PEMOCVD (electron cyclotron resonance-plasma-enhanced metal-organic chemical vapor deposition) low-temperature deposition

申请(专利)号:CN201210576471.8国省代码:辽宁 21
申请(专利权)人:【中文】沈阳工程学院【EN】Shenyang Engineering College
温馨提示:Ctrl+D 请注意收藏,详细著录项请登录检索查看。 Please note the collection. For details, please search the home page.

摘要:
【中文】一种ECR-PEMOCVD低温沉积Ga、Al共同掺杂ZnO薄膜的制备方法,属于新材料沉积制备领域。本发明按照以下步骤进行:(1)将基片用丙酮、乙醇以及去离子水用超声波依次清洗后,用氮气吹干送入反应室;(2)将反应室抽真空至1.0×10-3Pa,将基片加热至20~600℃,向反应室内通入氩气携带的二乙基锌、氩气携带的三甲基镓、氩气携带的三甲基铝和氧气,氧气、二乙基锌、三甲基镓和三甲基铝流量比为(100~150):(4~8):(1~2):1,由质量流量计控制;控制气体总压强为0.8~2.0Pa;在电子回旋共振频率为650W,反应30min~3h,得到Ga、Al共同掺杂ZnO光电透明导电薄膜。本发明的镓铝共同的掺杂ZnO的透明光电导电薄膜产品具有电阻率低,透光性能好、廉价、易于实现大面积生产的产业化的优势。 【EN】Paragraph:The invention relates to a preparation method of a Ga/Al-codoped ZnO film by ECR-PEMOCVD (electron cyclotron resonance-plasma-enhanced metal-organic chemical vapor deposition) low-temperature deposition, belonging to the field of new material deposition preparation. The method comprises the following steps: (1) sequentially carrying out ultrasonic cleaning on a substrate with acetone, ethanol and deionized water, blow-drying with nitrogen gas, and sending the substrate into a reaction chamber; (2) vacuumizing the reaction chamber to 1.0*10<-3>Pa, heating the substrate to 20-600 DEG C, introducing argon-carried diethyl zinc, argon-carried trimethyl gallium, argon-carried trimethyl aluminum and oxygen into the reaction chamber, wherein the oxygen-diethyl zinc-trimethyl gallium-trimethyl aluminum flow ratio is controlled by a mass flowmeter at (100-150):(4-8):(1-2):1, and the total gas pressure is controlled at 0.8-2.0Pa; and reacting for 30 minutes to 3 hours under the ECR frequency of 650W to obtain the Ga/Al-codoped ZnO photoelectric transparent conducting film. The Ga/Al-codoped ZnO transparent photoelectric conducting film product has the advantages of low resistivity, favorable light transmittance and low price, and can easily implement large-area industrialized production.Image:

主权项:
【中文】一种ECR‑PEMOCVD低温沉积Ga、Al共同掺杂ZnO薄膜的制备方法,其特征在于按照以下步骤进行:(1)将基片用丙酮、乙醇以及去离子水用超声波依次清洗后,用氮气吹干送入反应室;(2)采用ECR‑PEMOCVD系统,将反应室抽真空至1.0×10‑3 Pa,将基片加热至20~600℃,向反应室内通入氩气携带的二乙基锌、氩气携带的三甲基镓、氩气携带的三甲基铝和氧气,氧气、二乙基锌、三甲基镓和三甲基铝流量比为(100~150):(4~8):(1~2):1,由质量流量计控制;控制气体总压强为0.8~2.0Pa;在电子回旋共振频率为650W,反应30min~3h, 得到Ga、Al共同掺杂ZnO光电透明导电薄膜。 【EN】1. the preparation method of an ECR-PEMOCVD low temperature depositing Ga, Al co-doped ZnO film is characterized in that carrying out according to following steps: (1) substrate is cleaned with ultrasonic wave successively with acetone, ethanol and deionized water after, dry up with nitrogen and to send into reaction chamber; (2) adopt the ECR-PEMOCVD system, reaction chamber is evacuated to 1.0 * 10 Pa, with substrate heating to 20 ~ 600 ℃, pass into the zinc ethyl that argon gas carries, the trimethyl-gallium that argon gas carries, trimethyl aluminium and the oxygen that argon gas carries in the reaction chamber, oxygen, zinc ethyl, trimethyl-gallium and trimethyl aluminium throughput ratio are (100 ~ 150): (4 ~ 8): (1 ~ 2): 1, controlled by mass flowmeter; Control gas total pressure is 0.8 ~ 2.0Pa; Be 650W in electron cyclotron resonance frequency, reaction 30min ~ 3h obtains Ga, Al co-doped ZnO photoelectricity transparent conductive film.


说明书

ECR-PEMOCVD低温沉积Ga、Al共同掺杂ZnO薄膜的制备方法

技术领域

本发明属于新材料沉积制备领域,特别涉及一种ECR-PEMOCVD低温沉积Ga、Al共同掺杂ZnO薄膜的制备方法。

背景技术

当前太阳能电池、LED发光二极管、LCD平板显示以及手机触摸屏等导电电极的产业中,ITO(锡掺杂氧化铟)由于优异的导电性以及良好的可见光透过率成为制作导电电极的必要不可缺少的材料。但是由于铟材料很稀有、价格很昂贵、有很大的剧毒性等很多因素,目前国际上一直在研究ITO材料的替代品,ZnO就是主要的一种代替材料。

透明导电薄膜的沉积制备方法与其薄膜的性能有很大的关联。目前已经提出有磁控溅射、激光脉冲溅射以及喷涂法等,但由于在该方法下制备的薄膜均匀性存在很大的问题而且掺杂成分难以控制等一系列问题,使其性能一直与实际的应用相差一些,在替代ITO透明导电薄膜时达不到预期的效果。

等离子体增强金属有机物化学气相沉积(ECR-PEMOCVD)是制备半导体薄膜最常用的实验设备,是制备目前半导体材料最有效的实验方案。例如ZnO、GaN等使用最为广泛的半导体材料。它以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料,以热分解反应方式在衬底上进行有机物化学气相外延,生长各种Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。ECR-PEMOCVD技术在科研和生产实践中发挥着重要的作用。其技术具有以下优点:可控制薄膜的厚度,使其生长极薄的薄膜;可实现多层薄膜叠加的结构;可进行多元混晶成分的精确控制;可以进行化合物半导体材料的大规模生产;反应气源不采用卤化物,反应尾气中不含有腐蚀性很强的物质,在这种情况下,基片和反应的空间部分不会发生腐蚀。

当前ECR-PEMOCVD技术以及相关设备,都没有用于生产ZnO透明导电薄膜,因此如何利用ECR-PEMOCVD技术优点,生产出性能优异的ZnO透明导电薄膜是我们所研究的难点。

发明内容

为了解决现在技术上的不足,本发明采用ECR-PEMOCVD低温沉积Ga、Al共同掺杂ZnO(GAZO)薄膜,本发明一种ECR-PEMOCVD低温沉积Ga、Al共同掺杂ZnO薄膜的制备方法,按照以下步骤进行:

(1)将基片用丙酮、乙醇以及去离子水用超声波依次清洗后,用氮气吹干送入反应室;

(2)将反应室抽真空至1.0×10-3 Pa,将基片加热至20~600℃,向反应室内通入氩气携带的二乙基锌、氩气携带的三甲基镓、氩气携带的三甲基铝和氧气,氧气、二乙基锌、三甲基镓和三甲基铝流量比为(100~150):(4~8):(1~2):1,由质量流量计控制;控制气体总压强为0.8~2.0Pa;在电子回旋共振频率为650W,反应30min~3h, 得到Ga、Al共同掺杂ZnO光电透明导电薄膜。

   所述基片为普通康宁玻璃、蓝宝石、石英、太阳能电池片、硅片或有机聚合物。

所述太阳能电池片是未引入负电极的电池片或者是为引入负电极的薄膜太阳能电池片。

所述二乙基锌Zn(CH2CH3)2、三甲基镓(TMGa)和三甲基铝(TMAl)反应源的纯度都为99.99%,且由氩气携带进入反应室。

所述氧气反应源的纯度为99.99%。

本发明利用可精确控制的低温沉积的ECR-PEMOCVD技术,沉积制备出高质量的掺杂ZnO透明导电薄膜,并结合实际生产中可能出现的问题,提出一系列的解决方案策略,对ZnO透明导电薄膜的产业化有很大的研究意义。本发明的镓铝共同的掺杂ZnO(GAZO的透明光电导电薄膜产品具有电阻率低,透光性能好、廉价、易于实现大面积生产的产业化的优势。

附图说明

图1为实施例1薄膜投射光谱的分析图谱。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明ECR-PEMOCVD系统为申请号为201210247144.8的发明所保护的设备。

本发明样品的电学性能测试用霍尔测试设备,霍尔系统的型号是HL5500PC,量程为0.1 Ohm/square-100 GOhm/square 。

投射谱分析所用设备的型号为:Ocean公司的MAYA2000PRO 光纤光谱仪上完成的,光源为DH-2000-BAL,光谱范围为190-1100nm。

 

实施例1

将普通康宁玻璃用丙酮、乙醇以及去离子水用超声波依次清洗后,用氮气吹干送入反应室;

将反应室抽真空至1.0×10-3 Pa,将基片加热至100℃,向反应室内通入氩气携带的二乙基锌、氩气携带的三甲基镓、氩气携带的三甲基铝和氧气,氧气、二乙基锌、三甲基镓和三甲基铝反应源流量比控制为100:4:2:1,由质量流量计流量控制,流量参数分别为100 sccm ,4sccm, 2sccm, 1sccm;控制气体总压强为1.8Pa;在电子回旋共振频率为650W,反应30min, 得到Ga、Al共同掺杂ZnO光电透明导电薄膜。

实验结束后采用霍尔测试设备对薄膜的电阻率、迁移率和载流子浓度进行了测试分析。其结果如表1所示,由表1可以看出Ga、Al共同掺ZnO与普通ZnO薄膜相比,其电阻率明显降低,迁移率和载流子浓度明显提高。对样品薄膜进行了投射光谱的分析,如图1所示,其结果表明ECR-PEMOCVD系统低温沉积Ga、Al共同掺杂ZnO(GAZO)透明导电薄膜其透光率可达80%以上。

表1 ECR-PEMOCVD系统低温沉积Ga、Al共同掺杂ZnO与普通磁控溅射ZnO的电学性能对比

实施例2

将普通康宁玻璃用丙酮、乙醇以及去离子水用超声波依次清洗后,用氮气吹干送入反应室;

将反应室抽真空至1.0×10-3 Pa,将基片加热至100℃,向反应室内通入氩气携带的二乙基锌、氩气携带的三甲基镓、氩气携带的三甲基铝和氧气,氧气、二乙基锌、三甲基镓和三甲基铝反应源流量比控制为100:5: 1:1,由质量流量计流量控制,流量参数分别为100 sccm,5sccm, 1sccm, 1sccm;控制气体总压强为1.2Pa;在电子回旋共振频率为650W,反应30min, 得到Ga、Al共同掺杂ZnO光电透明导电薄膜。

实验结束后采用霍尔测试设备对薄膜的电阻率、迁移率和载流子浓度进行了测试分析。其结果如表2所示,由表2可以看出Ga、Al共同掺ZnO与普通ZnO薄膜相比,其电阻率明显降低,迁移率和载流子浓度明显提高。

表2 ECR-PEMOCVD系统低温沉积Ga、Al共同掺杂ZnO与普通磁控溅射ZnO的电学性能对比

实施例3:

将普通康宁玻璃用丙酮、乙醇以及去离子水用超声波依次清洗后,用氮气吹干送入反应室;

将反应室抽真空至1.0×10-3 Pa,将基片加热至100℃,向反应室内通入氩气携带的二乙基锌、氩气携带的三甲基镓、氩气携带的三甲基铝和氧气,氧气、二乙基锌、三甲基镓和三甲基铝反应源流量比控制为100:6:2:1,由质量流量计流量控制,流量参数分别为100 sccm ,6sccm, 2sccm, 1sccm;控制气体总压强为1.4Pa;在电子回旋共振频率为650W,反应30min, 得到Ga、Al共同掺杂ZnO光电透明导电薄膜。

实验结束后采用霍尔测试设备对薄膜的电阻率、迁移率和载流子浓度进行了测试分析。其结果如表3所示,由表3可以看出Ga、Al共同掺ZnO与普通ZnO薄膜相比,其电阻率明显降低,迁移率和载流子浓度明显提高。

表3 ECR-PEMOCVD系统低温沉积Ga、Al共同掺杂ZnO与普通磁控溅射ZnO的电学性能对比

实施例4

将普通康宁玻璃用丙酮、乙醇以及去离子水用超声波依次清洗后,用氮气吹干送入反应室;

将反应室抽真空至1.0×10-3 Pa,将基片加热至100℃,向反应室内通入氩气携带的二乙基锌、氩气携带的三甲基镓、氩气携带的三甲基铝和氧气,氧气、二乙基锌、三甲基镓和三甲基铝反应源流量比制为100:4:2:1,由质量流量计流量控制,流量参数分别为100 sccm,4sccm, 2sccm, 1sccm;控制气体总压强为1.6Pa;在电子回旋共振频率为650W,反应3h, 得到Ga、Al共同掺杂ZnO光电透明导电薄膜。

实验结束后采用霍尔测试设备对薄膜的电阻率、迁移率和载流子浓度进行了测试分析。其结果如表4所示,由表4可以看出Ga、Al共同掺ZnO与普通ZnO薄膜相比,其电阻率明显降低,迁移率和载流子浓度明显提高。

表4 ECR-PEMOCVD系统低温沉积Ga、Al共同掺杂ZnO与普通磁控溅射ZnO的电学性能对比

实施例5

将太阳能电池片用丙酮、乙醇以及去离子水用超声波依次清洗后,用氮气吹干送入反应室;

将反应室抽真空至1.0×10-3 Pa,将基片加热至100℃,向反应室内通入氩气携带的二乙基锌、氩气携带的三甲基镓、氩气携带的三甲基铝和氧气,氧气、二乙基锌、三甲基镓和三甲基铝反应源流量比控制为100:8:2:1,由质量流量计流量控制,流量参数分别为100 sccm ,8sccm, 2sccm, 1sccm;控制气体总压强为2.0Pa;在电子回旋共振频率为650W,反应30min, 得到Ga、Al共同掺杂ZnO光电透明导电薄膜。

实验结束后采用霍尔测试设备对薄膜的电阻率、迁移率和载流子浓度进行了测试分析。其结果如表5所示,由表4可以看出Ga、Al共同掺ZnO与普通ZnO薄膜相比,其电阻率明显降低,迁移率和载流子浓度明显提高。

表5 ECR-PEMOCVD系统低温沉积Ga、Al共同掺杂ZnO与普通磁控溅射ZnO的电学性能对比

实施例6

将硅片用丙酮、乙醇以及去离子水用超声波依次清洗后,用氮气吹干送入反应室;

将反应室抽真空至1.0×10-3 Pa,将基片加热至600℃,向反应室内通入氩气携带的二乙基锌、氩气携带的三甲基镓、氩气携带的三甲基铝和氧气,氧气、二乙基锌、三甲基镓和三甲基铝反应源流量比为150:8:2:1,由质量流量计流量控制,流量参数分别为150 sccm ,8sccm, 2sccm, 1sccm;控制气体总压强为0.8Pa;在电子回旋共振频率为650W,反应1.5h, 得到Ga、Al共同掺杂ZnO光电透明导电薄膜。

实验结束后采用霍尔测试设备对薄膜的电阻率、迁移率和载流子浓度进行了测试分析。Ga、Al共同掺ZnO与普通ZnO薄膜相比,其电阻率明显降低,迁移率和载流子浓度明显提高。

实施例7

将石英用丙酮、乙醇以及去离子水用超声波依次清洗后,用氮气吹干送入反应室;

将反应室抽真空至1.0×10-3 Pa,将基片加热至20℃,向反应室内通入氩气携带的二乙基锌、氩气携带的三甲基镓、氩气携带的三甲基铝和氧气,氧气、二乙基锌、三甲基镓和三甲基铝反应源流量比控制为150:8:2:1,由质量流量计流量控制,流量参数分别为150 s...

=>>详细说明书全文请登录检索查看

图1
PatViewer知识产权搜索   专利、商标、地理标志、集成电路
©2018 IPPH.cn  主办单位:国家知识产权局知识产权出版社  咨询热线:01082000860-8588
浏览器:火狐、谷歌、opera、ie9及以上等  京ICP备09007110号 京公网安备 11010802026659号 开放平台