一種高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)屬于半導(dǎo)體薄膜技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：采用CuAlO2濺射靶材，通過(guò)磁控濺射在襯底上沉積CuAlO2薄膜，將薄膜退火處理后得到高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜；其中，磁控濺射過(guò)程中的襯底溫度為650～850℃，退火處理在惰性氣氛下進(jìn)行，退火溫度為700～850℃。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)采用磁控濺射生長(zhǎng)CuAlO2薄膜，通過(guò)控制襯底溫度在合適的范圍內(nèi)以及退火工藝，最終獲得p型高電導(dǎo)與高透明的CuAlO2薄膜。薄膜。薄膜。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜的制備方法


[0001]本專(zhuān)利技術(shù)屬于半導(dǎo)體薄膜
，涉及一種高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜的制備方法。

技術(shù)介紹

[0002]CuAlO2是一種銅鐵礦型(delafossite)結(jié)構(gòu)的三元氧化物，由Cu
+
和Al
3+
兩種陽(yáng)離子組成。它具有p型電導(dǎo)性和透明氧化物的特點(diǎn)，是一種新型功能材料。Cu
+
層中的Cu空位和價(jià)帶邊緣的Cu 3d和O 2p軌道的雜化導(dǎo)致了它具有p型電導(dǎo)性。CuAlO2相比于其它p型氧化物有著較高的電導(dǎo)率，同時(shí)具有較高的空穴遷移率和較低的活化能；并且CuAlO2的光學(xué)帶隙約為3.5eV，因此在可見(jiàn)光范圍內(nèi)具有良好的透明性。此外，CuAlO2還具有較高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，可以在空氣中長(zhǎng)期保存而不變色或退化。目前，CuAlO2可以通過(guò)多種方法制備，如溶膠
?
凝膠法、水熱法、溶液反應(yīng)法、熔鹽法、機(jī)械合成法、濺射法等。由于其p型透明導(dǎo)電氧化物的特性，CuAlO2在透明電極、太陽(yáng)能電池、光電二極管、氣敏傳感器、催化劑等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]目前所報(bào)道的CuAlO2薄膜的電導(dǎo)率與在可見(jiàn)光波段的透過(guò)率普遍較低或不能兼具，制約了其在光電子器件上的應(yīng)用。這主要是由于CuAlO2薄膜生長(zhǎng)中的晶體雜相、生長(zhǎng)取向和銅離子變價(jià)等因素的影響，需要通過(guò)合適的生長(zhǎng)方法與二次熱處理工藝進(jìn)行調(diào)控。由于CuAlO2是一種高溫形成相，所以二次熱處理(退火、反應(yīng)性燒結(jié))是目前促進(jìn)CuAlO2薄膜結(jié)晶化的常用手段，但仍無(wú)法避免有害相、非晶相、Cu
2+
的存在。這是由于CuAlO2是一種三元氧化物，在薄膜沉積生長(zhǎng)中(如磁控濺射生長(zhǎng))，薄膜內(nèi)成分的化學(xué)計(jì)量比、相結(jié)構(gòu)、元素價(jià)態(tài)等會(huì)與濺射靶材、濺射氣壓與氣體以及襯底溫度息息相關(guān)，易形成CuO、CuAl2O4等含有Cu
2+
的有害成分，即使通過(guò)二次熱處理也無(wú)法消除，導(dǎo)致所生長(zhǎng)CuAlO2薄膜的電導(dǎo)率與透過(guò)率并不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0004]本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜的制備方法，以及制備得到的高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜。
[0005]本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0006]一種高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜的制備方法，包括以下步驟：采用CuAlO2濺射靶材，通過(guò)磁控濺射在襯底上沉積CuAlO2薄膜，將薄膜退火處理后得到高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜。
[0007]作為優(yōu)選，所述CuAlO2濺射靶材由Cu2O粉末、勃姆石粉末根據(jù)Cu和Al的摩爾比為1：1的比例混合燒結(jié)而成。
[0008]作為優(yōu)選，所述CuAlO2濺射靶材為純CuAlO2晶體相。
[0009]襯底的種類(lèi)不做特別限制，可以列舉為藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底等。
[0010]作為優(yōu)選，磁控濺射過(guò)程中，襯底溫度為650～850℃。進(jìn)一步優(yōu)選，所述襯底溫度
為800℃。
[0011]作為優(yōu)選，磁控濺射過(guò)程中，濺射功率為70～100W，濺射氣壓為0.1～1Pa。作為優(yōu)選，濺射氣氛為氬氣。
[0012]作為優(yōu)選，沉積時(shí)間為0.5～5小時(shí)。
[0013]在正式沉積CuAlO2薄膜之前，一般會(huì)進(jìn)行預(yù)沉積，預(yù)沉積的磁控濺射參數(shù)同正式沉積，預(yù)沉積的時(shí)間為1～20min。進(jìn)行預(yù)沉積的目的是為了去除CuAlO2濺射靶材表面殘留的污染物以及吸附在靶材表面的氣體，并且可有助于消除濺射前期不穩(wěn)定的因素對(duì)薄膜生長(zhǎng)帶來(lái)的不利影響。
[0014]作為優(yōu)選，所述退火處理在惰性氣氛下進(jìn)行，退火溫度為700～850℃，保溫時(shí)間為0.5～5小時(shí)。
[0015]作為優(yōu)選，以5～40℃/min的升溫速率升至退火溫度，退火處理后，以5～40℃/min的降溫速率進(jìn)行降溫。進(jìn)一步優(yōu)選，以5～20℃/min的升溫速率升至退火溫度，退火處理后，以5～20℃/min的降溫速率進(jìn)行降溫。
[0016]本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)磁控濺射生長(zhǎng)CuAlO2薄膜，在濺射生長(zhǎng)中提高襯底溫度至650～850℃，以避免CuAlO2濺射過(guò)程中的Cu
+
離子在沉積過(guò)程中被氧化為Cu
2+
(CuO、Cu(OH)2)；進(jìn)一步，將在650～850℃生長(zhǎng)的薄膜放入管式爐中，在惰性氣氛的保護(hù)下進(jìn)行700～850℃退火，以消除薄膜中存在的Cu
2+
，提升CuAlO2薄膜的可見(jiàn)光波段透過(guò)率和室溫電導(dǎo)率；最終獲得的高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜的厚度為100～1000nm，薄膜中Cu
2+
/(Cu
2+
+Cu
+
)的比例<10％，可見(jiàn)光波段的平均透過(guò)率>70％，室溫電導(dǎo)率為0.1～2S/cm。
[0017]本文中，可見(jiàn)光波段的波長(zhǎng)范圍為390～760nm。
[0018]本專(zhuān)利技術(shù)的另一個(gè)目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0019]一種高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜，其由上述高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜的制備方法制備而得。
[0020]作為優(yōu)選，所述高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜的厚度為100～1000nm。
[0021]作為優(yōu)選，所述高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜中Cu
2+
/(Cu
2+
+Cu
+
)的比例<10％，可見(jiàn)光波段的平均透過(guò)率>70％，室溫電導(dǎo)率為0.1～2S/cm。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)具有以下有益效果：
[0023]1、本專(zhuān)利技術(shù)采用磁控濺射生長(zhǎng)CuAlO2薄膜，通過(guò)對(duì)磁控濺射生長(zhǎng)過(guò)程中襯底溫度的精細(xì)調(diào)控結(jié)合惰性氣氛退火工藝，可以控制CuAlO2薄膜中Cu
2+
的含量比例，實(shí)現(xiàn)CuAlO2薄膜從半透明到透明、高絕緣到高導(dǎo)電的調(diào)控；
[0024]2、本專(zhuān)利技術(shù)的生長(zhǎng)CuAlO2薄膜的工藝可獲得光學(xué)帶隙為3.85eV，可見(jiàn)光波段透過(guò)率>70％的p型高電導(dǎo)CuAlO2薄膜，并且該薄膜可兼具高室溫電導(dǎo)率，對(duì)CuAlO2在光電子器件上的集成具有很大應(yīng)用價(jià)值；
[0025]3、本專(zhuān)利技術(shù)的生長(zhǎng)CuAlO2薄膜的工藝具有操作簡(jiǎn)單、成本低廉、過(guò)程可控等顯著優(yōu)勢(shì)，并且可應(yīng)用于大面積的薄膜制備。
附圖說(shuō)明
[0026]圖1為實(shí)施例1制備的CuAlO2薄膜的UV
?
vis透過(guò)率圖；
[0027]圖2為實(shí)施例1制備的CuAlO2薄膜的I
?
V測(cè)試曲線(xiàn)圖。
具體實(shí)施方式
[0028]下面通過(guò)具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施例僅用于幫助理解本專(zhuān)利技術(shù)，不用于本專(zhuān)利技術(shù)的具體限制。且本文中所使用的附圖，僅僅是為了更好地說(shuō)明本專(zhuān)利技術(shù)所公開(kāi)內(nèi)容，對(duì)保護(hù)范圍并不具有限制作用。如果無(wú)特殊說(shuō)明，本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)施例中所采用的原料本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：采用CuAlO2濺射靶材，通過(guò)磁控濺射在襯底上沉積CuAlO2薄膜，將薄膜退火處理后得到高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜的制備方法，其特征在于，所述CuAlO2濺射靶材由Cu2O粉末、勃姆石粉末根據(jù)Cu和Al的摩爾比為1：1的比例混合燒結(jié)而成。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜的制備方法，其特征在于，所述CuAlO2濺射靶材為純CuAlO2晶體相。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜的制備方法，其特征在于，磁控濺射過(guò)程中，襯底溫度為650～850℃。5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種高電導(dǎo)與高透明CuAlO2薄膜的制備方法，其特征在于，磁控濺射過(guò)程中，濺射功率為70～100W，濺射氣壓為0.1～1Pa。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高電導(dǎo)與高透明C...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張文瑞，劉凱森，韓冬陽(yáng)，劉寧濤，葉繼春，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：