一种绒面透明导电氧化物薄膜的制备方法

摘要

本发明涉及半导体薄膜器件技术领域，具体涉及一种绒面透明导电氧化物薄膜的制备方法，包括以下步骤：以硝酸盐为溶质配制第一前驱体溶液，加入辅助络合剂，磁力搅拌，制成第二前驱体溶液，将第二前驱体溶液旋凃在玻璃衬底上，经过退火处理，即得绒面透明导电氧化物薄膜。本发明采用化学溶液法，一步制备出具有良好粗糙度的绒面透明导电氧化物薄膜，可以更好的实现陷光作用。本发明不需要真空设备，具有原料易得、掺杂比易控、工艺简单、生产成本低、重复性好等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体薄膜器件技术领域，具体涉及一种绒面透明导电氧化物薄膜的制备方法。

背景技术

绒面透明导电氧化物薄膜是指薄膜表面具有凸凹起伏的表面形貌，具有较大的表面粗糙度，可以实现陷光效应，即通过薄膜表面对入射光的折射和散射，将入射到薄膜的光分散在各个角度，减少反射引起的光损失。这种结构可以提高光的光程、增加光的吸收，从而有更多的能量来产生载流子。透明导电氧化物薄膜具有优异的光电性质，在太阳能电池、平板显示器和透明电极等光电子器件领域有十分广阔的应用前景。因此，研究具有较好陷光能力、高透过率、低电阻率绒面薄膜的制备及特性具有重要意义。

目前，常用的绒面薄膜制备方法有化学气相沉积法和磁控溅射法，采用化学气相沉积可以一步制备出绒面薄膜，但是制备成本高，且薄膜附着力较差。采用磁控溅射法制备绒面薄膜，一般需要后腐蚀过程，然而化学溶液较快的腐蚀速度使得腐蚀过程和绒面形貌难以控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种原料易得、掺杂比易控、工艺简单、生产成本低、重复性好的绒面透明导电氧化物薄膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种绒面透明导电氧化物薄膜的制备方法，包括以下步骤：以硝酸盐为溶质配制第一前驱体溶液，加入辅助络合剂，磁力搅拌，制成第二前驱体溶液，将第二前驱体溶液旋凃在玻璃衬底上，经过退火处理，即得绒面透明导电氧化物薄膜。

进一步地，所述硝酸盐为硝酸锌、硝酸铝或硝酸铟的一种或一种以上。

进一步地，第一前驱体溶液所使用的溶剂为2-甲氧基乙醇。

进一步地，所述第一前驱体溶液的金属离子浓度为0.2mol/L～0.6mol/L。

进一步地，所述辅助络合剂为乙酰丙酮、甘氨酸、尿素或葡萄糖的一种或一种以上。

进一步地，所述辅助络合剂与第一前驱体溶液的金属离子的摩尔比为(2～5)：1。

进一步地，所述磁力搅拌的时间为2～5小时。

进一步地，所述第二前驱体溶液旋凃在玻璃衬底上的具体步骤为：使用旋凃仪将第二前驱体溶液旋凃在玻璃衬底上，旋转速度为2000～5000rpm，旋凃时间为30～60s，然后在100～150℃条件下干燥处理10～30min；重复旋凃和干燥步骤4～6次。

进一步地，所述退火处理是在氧气氛围中进行，退火处理温度为400～600℃，退火处理时间为3～6h。

进一步地，所述退火处理后得到的绒面透明导电氧化物薄膜厚度为400～600nm。

本发明的有益效果为：

本发明的一种绒面透明导电氧化物薄膜的制备方法，采用化学溶液法，一步制备出具有良好粗糙度的绒面透明导电氧化物薄膜，可以更好的实现陷光作用。本发明不需要真空设备，具有原料易得、掺杂比易控、工艺简单、生产成本低、重复性好等优点。本发明采用强氧化性的硝酸盐为溶质，加入乙酰丙酮、甘氨酸、尿素或葡萄糖作为辅助络合剂，在退火过程中发生强烈的氧化还原反应，释放大量的热能和气体，释放热能有助于薄膜晶化，提高透过率和电导率，释放气体则导致薄膜表面形成绒面结构。本发明制备的绒面透明导电氧化物薄膜有良好的光电性质，在太阳能电池、气敏传感和光催化等领域有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的实施例1的绒面透明导电ZnO薄膜的表面形貌图。

图2是本发明的实施例1的绒面透明导电ZnO薄膜的光学透过率图。

图3是本发明的实施例2的绒面透明导电In₂O₃薄膜的表面形貌图。

图4是本发明的实施例2的绒面透明导电In₂O₃薄膜的光学透过率图。

图5是本发明的实施例3的绒面透明导电AZO薄膜的表面形貌图。

图6是本发明的实施例3的绒面透明导电AZO薄膜的光学透过率图。

图7是本发明的实施例4的绒面透明导电ZnO薄膜的表面形貌图。

图8是本发明的实施例4的绒面透明导电ZnO薄膜的光学透过率图。

图9是本发明的实施例5的绒面透明导电ZnO薄膜的表面形貌图。

图10是本发明的实施例5的绒面透明导电ZnO薄膜的光学透过率图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

实施例1

一种绒面透明导电ZnO薄膜的制备方法，包括以下步骤：以硝酸锌为溶质，溶解于2-甲氧基乙醇溶剂中，制得锌离子浓度为0.2mol/L的第一前驱体溶液，在第一前驱体溶液中加入乙酰丙酮作为辅助络合剂，所述乙酰丙酮与金属锌离子的摩尔比为2：1，25℃条件下磁力搅拌3小时，制成第二前驱体溶液。

使用旋凃仪将第二前驱体溶液旋凃在玻璃衬底上，旋转速度为5000rpm，旋凃时间为60s，然后在150℃条件下干燥处理20min；重复旋凃和干燥步骤6次，然后在在氧气氛围中、温度400℃条件下退火处理6h，即得厚度大约为400nm绒面透明导电ZnO薄膜。

图1是绒面透明导电ZnO薄膜的原子力显微镜测得的表面形貌图，薄膜的表面粗糙度为16.2nm。然后用分光光度计测量了薄膜在250～800nm的光学透过率，如图2所示，薄膜在可见光区的平均透过率为82.5％。电学测试得到ZnO薄膜的方块电阻为578Ω/□。

实施例2

一种绒面透明导电In₂O₃薄膜的制备方法，包括以下步骤：以硝酸铟为溶质，溶解于2-甲氧基乙醇溶剂中，制得金属铟离子浓度为0.6mol/L的第一前驱体溶液，在第一前驱体溶液中加入甘氨酸作为辅助络合剂，所述甘氨酸与第一前驱体溶液的金属铟离子的摩尔比为5：1，25℃条件下磁力搅拌3小时，制成第二前驱体溶液；

使用旋凃仪将第二前驱体溶液旋凃在玻璃衬底上，旋转速度为2000rpm，旋凃时间为30s，然后在150℃条件下干燥处理10min；重复旋凃和干燥步骤5次，然后在在氧气氛围中、温度500℃条件下退火处理4h，即得厚度大约为500nm绒面透明导电In₂O₃薄膜。

图3是是绒面透明导电In₂O₃薄膜的表面形貌图，薄膜的表面粗糙度为14.6nm。然后用分光光度计测量了薄膜在250～800nm的光学透过率，如图4所示，薄膜在可见光区的平均透过率为81.2％。电学测试得到In₂O₃薄膜的方块电阻为103Ω/□。

实施例3

一种绒面透明导电AZO薄膜的制备方法，包括以下步骤：以硝酸锌和硝酸铝为溶质，溶解于2-甲氧基乙醇溶剂中，制得金属离子总浓度为0.4mol/L的第一前驱体溶液，其中金属铝离子和金属锌离子的摩尔比为6:100，在第一前驱体溶液中加入葡萄糖作为辅助络合剂，所述葡萄糖的摩尔数与第一前驱体溶液的两种金属离子摩尔总数的比值为3：1，25℃条件下磁力搅拌3小时，制成第二前驱体溶液；

使用旋凃仪将第二前驱体溶液旋凃在玻璃衬底上，旋转速度为3000rpm，旋凃时间为60s，然后在150℃条件下干燥处理30min；重复旋凃和干燥步骤5次，然后在在氧气氛围中、温度600℃条件下退火处理4h，即得厚度大约为600nm绒面透明导电AZO薄膜。

图5是是绒面透明导电AZO薄膜的原子力显微镜测得的表面形貌图，薄膜的表面粗糙度为10.2nm。然后用分光光度计测量了薄膜在250～800nm的光学透过率，如图6所示，薄膜在可见光区的平均透过率为82.1％。电学测试得到AZO薄膜的方块电阻为122Ω/□。

实施例4

一种绒面透明导电ZnO薄膜的制备方法，包括以下步骤：以硝酸锌为溶质，溶解于2-甲氧基乙醇溶剂中，制得金属锌离子浓度为0.5mol/L的第一前驱体溶液，在第一前驱体溶液中加入尿素作为辅助络合剂，所述尿素与金属锌离子的摩尔比为4：1，25℃条件下磁力搅拌5小时，制成第二前驱体溶液；

使用旋凃仪将第二前驱体溶液旋凃在玻璃衬底上，旋转速度为4000rpm，旋凃时间为45s，然后在100℃条件下干燥处理30min；重复旋凃和干燥步骤4次，然后在在氧气氛围中、温度550℃条件下退火处理5h，即得厚度大约为560nm绒面透明导电ZnO薄膜。经测试，如图7和图8所示，薄膜的表面粗糙度为21.6nm,可见光范围平均透过率为80.4％，电学测试得到ZnO薄膜的方块电阻为341Ω/□。

实施例5

一种绒面透明导电ZnO薄膜的制备方法，包括以下步骤：以硝酸锌为溶质，溶解于2-甲氧基乙醇溶剂中，制得金属锌离子浓度为0.3mol/L的第一前驱体溶液，在第一前驱体溶液中加入乙酰丙酮和尿素作为辅助络合剂，乙酰丙酮和尿素的摩尔比为1：1，所述辅助络合剂总的摩尔数与金属锌离子的摩尔比为4：1，25℃条件下磁力搅拌2小时，制成第二前驱体溶液；

使用旋凃仪将第二前驱体溶液旋凃在玻璃衬底上，旋转速度为5000rpm，旋凃时间为40s，然后在130℃条件下干燥处理20min；重复旋凃和干燥步骤4次，然后在在氧气氛围中、温度500℃条件下退火处理5h，即得厚度大约为430nm绒面透明导电ZnO薄膜。经测试，如图9和图10所示，薄膜的表面粗糙度为18.6nm，可见光范围平均透过率为82.9％，电学测试得到ZnO薄膜的方块电阻为392Ω/□。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明实施范围，故凡依本发明专利范围所述技术方案所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。