专利名称：：深紫外非晶透明导电膜及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种深紫外非晶透明导电膜及其制备方法，属于电子材料
技术领域：
。(二)
背景技术：
：透明导电膜因同时具有可见光范围的透明性和良好的导电性的独特性质，从而作为透明电极而被广泛应用于有机电致发光、液晶显示器、太阳能电池等尖端先进领域，应用前景广阔。目前常见的透明导电膜有掺锡的氧化铟(简称ITO)薄膜、掺锑的氧化锡(Sn02:Sb)薄膜、掺氟的氧化锡(Sn02:F)薄膜和掺铝的氧化锌(ZnO:Al)薄膜。除了上述的一些常见的透明导电膜以外，还有一些二元氧化物混和组成的金属氧化物作为潜在的透明导电膜材料，例如ZnO、CdO、In203、Sn02的混和体系。上述这些透明导电薄膜的禁带宽度较小，光学透明的波长范围被限制在可见光波段，在紫外光区域内是不透明的。延伸光谱透射区域至深紫外光(光波长300nm以下的紫外光)成为透明导电膜挑战新领域。无机半导体材料深紫外电致发光涉及基础材料和器件结构诸多难题，有机材料通过分子剪裁可实现深紫外电致发光。深紫外透明导电膜可透过紫外和深紫外光，可用作紫外有机电致发光器件的透明电极。深紫外发光器件在半导体光刻、高密度光盘存储、精细材料加工、高精度光谱分析等领域有重要应用。深紫外透明导电膜可应用在紫外光刻机的防静电层、紫外探测器的窗口电极、紫外固化灯的反热层等众多领域。通过对现有文献的检索发现，深紫外透明导电膜仅有Sn掺杂(3-Ga203薄膜，制备Sn掺杂p-Ga203薄膜的方法有脉冲激光沉积(Pulsedlaserdeposition)法，参见MasahiroOrita等人的"低温制备高导电、深紫外透明|3-Ga203薄膜"，《固体薄膜》411(2002)134-139(MasahiroOrita,HidenoriHiramatsu,HiromichiOhta,etal.Preparationofhighlyconductive,deepultraviolettransparent(3-Ga203thinfilmatlowdepositiontemperatures,ThinSolidFilms411(2002)134-139)。脉冲激光沉积法制备的Sn掺杂p-Ga203薄膜电导率8.2Scm"(电阻率0.12Qcm)，薄膜沉积衬底温度380-435。C，但是设备昂贵，难以大面积成膜；用脉冲激光沉积法制备的Sn掺杂(3-Ga203薄膜电阻过高，距离实际的商业应用还有很大距离。(三)
发明内容本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种深紫外非晶透明导电膜及其制备方法，使其制造工g简单、成本低廉，薄膜制备过程中衬底不需要加热和退火，所制成的透明导电膜在深紫外光区域透明、薄膜导电性好。本发明提出的深紫外非晶透明导电膜，是一种Ga203/Al/Ga203多层结构，金属Al层厚度4.5nm-13.5nm，优选6.8nm;Ga203单层厚度20nm-34nm，优选26nm;衬底选用JGS1远紫外光学石英玻璃。透明导电膜光谱透射区域光波长延伸至深紫外光区域a<300nm)，薄膜方块电阻86Q-250Q。一种深紫外非晶透明导电膜的制备方法，它是在远紫外光学石英玻璃衬底上采用真空磁控非反应溅射镀膜制成。在氩气氛围中射频磁控溅射G^03陶瓷靶制备Ga203层，在氩气氛围中直流磁控溅射金属Al耙制备金属Al层，交替溅射时衬底转动以保证衬底处于不同靶材的相应位置。所有薄膜采用真空非反应溅射的方式形成，工作气体是氩气，用这种方法使得在制备Ga203膜层时，避免了金属Al导电层的氧化。本发明提出的深紫外非晶透明导电膜的制备方法的具体步骤如下(1)将高纯度的Ga203靶材安装在磁控溅射装置的溅射室中的一个水冷的射频阴极靶槽中，高纯度的金属Al靶材安装在溅射室中的水冷的直流阴极耙槽中，将清洗过的远紫外光学石英玻璃衬底放入衬底架，把衬底架插入溅射室中的衬底盘中，调整靶材与衬底距离为60mm。(2)将溅射室和气体管道抽气，使溅射室的基础真空小于6.0xl0，a，向溅射室内充入高纯气体氩气，调整抽气量，使溅射室的氩气压强0.2^23。(3)开启Ga203靶材的射频电源，溅射功率30W-200W，待射频辉光放电稳定后，将远紫外光学石英玻璃衬底转至Ga203耙材对应位置进行溅射沉积Ga203层；开启金属Al耙材的直流电源，溅射电流80mA-150mA，溅射电压200V-400V，待直流辉光放电稳定后，将远紫外光学石英玻璃衬底转至金属Al靶材对应位置进行溅射沉积金属Al导电层；最后回转远紫外光学石英玻璃衬底至Ga203靶材对应位置进行溅射沉积Ga203层，制得深紫外非晶透明导电膜。交替溅射时衬底盘转动以保证远紫外光学石英玻璃衬底处于不同靶材的相应位置，溅射过程中远紫外光学石英玻璃衬底温度均为室温。本发明较佳的制备条件如下溅射室的基础真空小于6.0xl0，a，靶材与衬底距离为60mm，衬底温度为室温(20-3(TC)，氩气压强0.3Pa-0.6Pa;Ga203层的制备采用射频磁控溅射纯度99.99WTy。的商品Ga203陶瓷靶材，溅射功率40W-60W;金属Al导电层的制备采用直流磁控溅射纯度99.99WT。/。的商品金属Al靶材，溅射电流90mA-llOmA，溅射电压250V-300V。膜层参数采用Ga203(26nm)/Al(6.8nm)/Ga203(26nm"t，深紫外透明导电膜的方块电阻121Q、300nm波长光学透过率84.2%、280nm波长光学透过率84%、250nm波长光学透过率62.1。/c)、245nm波长光学透过截止。本发明具有超越Sn掺杂(3-Ga203深紫外透明导电膜电学性能的优势。与脉4冲激光沉积法相比，设备简单便宜、易于大面积成膜。本发明制备的薄膜在紫外光电器件领域具有良好的应用前景。具体实施例方式下面对本发明的具体实施方式作详细说明实施例1:26nmGa203/6.8nmAl/26nmGa203衬底为JGS1远紫外光学石英玻璃，用超声波化学清洗。将纯度99.99WTW的Ga203靶材安装在磁控溅射装置的溅射室中的一个水冷的射频阴极靶槽中，纯度99.99WTM的金属Al靶材安装在溅射室中的水冷的直流阴极靶槽中，将清洗过的JGS1远紫外光学石英玻璃放入衬底架，把衬底架插入溅射室中的衬底盘中，调整靶材与衬底距离为60mm;将溅射室和气体管道抽气，使溅射室的基础真空小于6.0xlO—4Pa，向溅射室内充入纯度99.99%的氩气，调整抽气量，使溅射室的氩气压强0.48Pa;开启Ga203靶材的射频电源，溅射功率50W，待射频辉光放电稳定后，将远紫外光学石英玻璃衬底转至Ga203耙材对应位置进行溅射沉积03203层；开启金属Al靶材的直流电源，溅射电流100mA，溅射电压280V,待直流辉光放电稳定后，将远紫外光学石英玻璃衬底转至金属Al靶材对应位置进行溅射沉积金属Al导电层；最后回转远紫外光学石英玻璃衬底至Ga203靶材对应位置进行溅射沉积0&203层，溅射功率50W。交替溅射时衬底盘转动以保证远紫外光学石英玻璃衬底处于不同靶材的相应位置，溅射过程中远紫外光学石英玻璃衬底温度均为室温。该深紫外非晶透明导电膜的光电性能指标<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>实施例2:20rnnGa2O3/4.5nmAl/20nmGa2O3制备工艺同实施例1，所不同的是溅射室的氩气压强0.3Pa，射频溅射Ga203靶材的溅射功率60W，直流溅射金属Al靶材的溅射电流90mA、溅射电压250V，该深紫外非晶透明导电膜的光电性能指标<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>实施例3:34nmGa203/6.8nmAl/34nmGa203制备工艺同实施例1，所不同的是溅射室的氩气压强0.6Pa，射频溅射Ga203靶材的溅射功率40W，直流溅射金属Al靶材的溅射电流110mA、溅射电压300V，该深紫外非晶透明导电膜的光电性能指标<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>实施例4:34nmGa203/4.5nmAl/34nmGa203制备工艺同实施例l，所不同的是溅射室的氩气压强2Pa，射频溅射Ga2(^靶材的溅射功率IOOW，直流溅射金属Al靶材的溅射电流80mA、溅射电压230V，该深紫外非晶透明导电膜的光电性能指标<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>实施例7:26nmGa203/13.5nmAl/26nmGa203制备工艺同实施例1，所不同的是溅射室的氩气压强1.5Pa，射频溅射Ga203靶材的溅射功率30W，直流溅射金属Al靶材的溅射电流150mA、溅射电压380V，该深紫外非晶透明导电膜的光电性能指标<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实施例8:34nmGa203/13.5nmAl/34nmGa203制备工艺同实施例1，所不同的是溅射室的氩气压强0.2Pa，射频溅射Ga203靶材的溅射功率180W，直流溅射金属Al靶材的溅射电流105mA、溅射电压400V，该深紫外非晶透明导电膜的光电性能指标<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求1、一种深紫外非晶透明导电膜，其特征在于是一种Ga2O3/Al/Ga2O3多层结构，金属Al层厚度4.5nm-13.5nm，Ga2O3单层厚度20nm-34nm。2、根据权利要求l所述的一种深紫外非晶透明导电膜，其特征是光谱透射区域光波长延伸至深紫外光区域a<300nm)，薄膜方块电阻86Q-250Q。3、一种深紫外非晶透明导电膜的制备方法，其特征是采用JGS1远紫外光学石英玻璃为衬底，在氩气氛围中射频磁控溅射Ga203陶瓷靶制备Ga203层，在氩气氛围中直流磁控溅射金属Al靶制备金属Al层，交替溅射时衬底转动以保证衬底处于不同靶材的相应位置。4、根据权利要求3所述的深紫外非晶透明导电膜的制备方法，其特征是衬底温度为室温，溅射室的氩气压强0.2Pa-2Pa，Ga203靶材溅射功率30W-200W;金属Al靶材的溅射电流80mA-150mA，溅射电压200V-400V。5、根据权利要求4所述的深紫外非晶透明导电膜的制备方法，其特征是氩气压强0.3Pa-0.6Pa。6、根据权利要求4所述的深紫外非晶透明导电膜的制备方法，其特征是Ga2O3靶材溅射功率40W-60W;金属Al靶材的溅射电流90mA-llOmA，溅射电压250V-300V。全文摘要本发明涉及一种深紫外非晶透明导电膜及其制备方法，属于电子材料
技术领域：
。该深紫外非晶透明导电膜在远紫外光学石英玻璃衬底上依次设有Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>层、金属Al导电层和Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>层。Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>层厚20-34nm，金属Al层厚度4.5-13.5nm。在基板温度为室温的条件下，用射频磁控溅射Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>陶瓷靶制备Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>层，氩气压强0.2-2Pa，溅射功率30-200W；用直流磁控溅射金属Al靶制备金属Al层，溅射电流80-150mA，溅射电压200-400V，氩气压强0.2-2Pa。所制备的薄膜在深紫外光区域具有透射率高等优良的光学和电学性能。本发明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。文档编号H01B5/14GK101661810SQ20091001842公开日2010年3月3日申请日期2009年9月24日优先权日2009年9月24日发明者刘建军,张易军,亮石,谢万峰,闫金良申请人:鲁东大学