一種基于Ir層間摻雜的透明導電氧化物薄膜的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光電材料技術領域，具體涉及一種基于Ir層間摻雜的透明導電氧化物薄膜。
【背景技術】
[0002]隨著社會科學的發(fā)展，功能材料的需求日益迫切。新的功能材料已成為新技術和新工業(yè)發(fā)展的關鍵。近年來，表面等離子體技術受到越來越多的關注，貴金屬材料比如金、銀等因其較低的歐姆損耗和較高的電導率被廣泛應用于表面等離子體等光電子材料器件中。
[0003]盡管如此，金、銀等貴金屬材料仍然存在一定局限性，相比于電學性能，其光學性能較差，尤其在近紅外波段(波長范圍在1μπι-3μπι之間)下的光學損耗很高，同時，金屬材料的光學特性不可調控，限制了很多近紅外波段的等離子體器件的應用。
[0004]透明導電氧化物(TCO)材料具有可見光區(qū)透過率高、電阻率低等光學特性，被廣泛應用于光電子、微電子、真空電子器件等領域。TCO薄膜的導電率很高，在近紅外波段具有與金屬類似的光學特性，同時可以通過改變載流子濃度，比如摻雜，從而對其光學特性進行調控，使得其介電常數(shù)與介質材料相匹配，能夠在近紅外波段產(chǎn)生表面等離子體共振，因此TCO薄膜可以應用于近紅外波段的表面等離子體材料領域。
[0005]與此同時，TCO作為薄膜太陽能電池的前電極材料，在太陽能電池研宄和生產(chǎn)中占有重要地位。太陽能電池要求前電極具有高透過率、高導電率和極低的光損失，而傳統(tǒng)TCO薄膜的導電率相比其他電極材料來說還是較低，且在通常情況下，薄膜透過率和導電率是互相矛盾的。
[0006]為解決透過率和導電率之間的矛盾，通常在TCO薄膜中摻入一定量的導電材料，或合理設計膜層結構，進而達到在保持高透過率的前提下提高薄膜的導電性能。
【發(fā)明內容】
[0007]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提出了一種基于Ir層間摻雜的透明導電氧化物薄膜。
[0008]一種基于Ir層間摻雜的透明導電氧化物薄膜，包括襯底，所述襯底上由下至上依次生長有下透明導電層、夾層和上透明導電層，所述的下透明導電層和上透明導電層為透明導電氧化物層，所述夾層為Ir層。
[0009]本發(fā)明的透明導電氧化物薄膜通過層間摻雜形成夾層結構的透明導電氧化物薄膜，在其中加入Ir層，能夠提高透明導電氧化物薄膜的導電率，調控其光學性能。
[0010]另外，貴金屬薄膜(如Au薄膜)在生長時容易聚集成島，在膜層較薄的情況下難以成膜，且表面粗糙度較大，而Ir形成的薄膜附著力強，且在膜層較薄條件下也能夠大面積成膜，同時具備較高的導電率。
[0011]所述襯底材質多為光學玻璃、硅及其他半導體，可以根據(jù)具體應用場景選擇合適的襯底。
[0012]透明導電氧化物薄膜中各層的厚度以及各層之間厚度的匹配關系，直接影響到整個透明導電氧化物薄膜的光電性能。
[0013]所述下透明導電層的厚度為20?lOOnm。作為優(yōu)選，所述下透明導電層的厚度為30?50nm。最優(yōu)地，所述下透明導電層的厚度為30nmo
[0014]由于ITO薄膜的光電性能根據(jù)制備工藝的不同體現(xiàn)出很大的差異性。當薄膜厚度低于某一特定值時，ITO薄膜的光電性能會急劇惡化。發(fā)現(xiàn)最低厚度為30nm的ITO薄膜性能已經(jīng)趨于穩(wěn)定。故下層ITO厚度設定為30nm。
[0015]Ir薄膜化學性能穩(wěn)定(耐腐蝕耐氧化)，易于成膜，在厚度很小的情況下就能呈現(xiàn)連續(xù)性，同時作為金屬材料，有很高的導電率。因此Ir夾層的厚度越大，透明導電氧化物薄膜的導電性越好，透過率越低。作為優(yōu)選，所述夾層的厚度為2?20nm，進一步優(yōu)選，所述Ir夾層的厚度為5?10nm，最優(yōu)地，所述Ir夾層的厚度為8nm。
[0016]上透明導電層的厚度與下透明導電層的厚度無直接關系，通常大于1nm即可，為了保證上透明導電層和下透明導電層的性能的一致性，作為優(yōu)選，所述上透明導電層的厚度與下透明導電層的厚度相同。進一步優(yōu)選，所述上透明導電層的厚度為30nm。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明基于Ir層間摻雜的透明導電氧化物薄膜具有如下優(yōu)點:
[0018]通過在傳統(tǒng)TCO膜層中摻雜Ir薄膜(即夾層)的方式，增大了薄膜的載流子濃度，提高了載流子迀移率，改變了薄膜的光學性能，從而使得薄膜在近紅外波段能夠與介質匹配，產(chǎn)生等離子體共振，因此能夠應用于近紅外波段的光學器件領域，比如在通信(1550nm)波段的發(fā)光增強。同時，本發(fā)明利用層間摻雜，在保證高透過率的前提下，極大地提高了薄膜的導電性，相對于同樣厚度的TCO薄膜來說，其電阻率很低，可以應用于太陽能電池、觸控屏、光電探測等領域，比如用作光電探測器的電極材料，在導電性良好的條件下，高透過率的電極材料能夠增大器件的光吸收面積，提升器件性能。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明中基于Ir層間摻雜的透明導電氧化物薄膜的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面將結合附圖和具體實施例和對比例對本發(fā)明進行詳細描述。
[0021]實施例1
[0022]一種基于Ir層間摻雜的透明導電氧化物薄膜，包括襯底I (本實施例的襯底為玻璃襯底)，襯底I上由下至上依次生長有下透明導電層2、夾層3和上透明導電層4，下透明導電層2和上透明導電層4為透明導電氧化物層，其中，下透明導電層2和上透明導電層4的厚度均為ITO薄膜，且厚度為30nm。本實施中夾層3為Ir層，厚度為8nm。
[0023]本實施例的基于Ir層間摻雜的透明導電氧化物薄膜通過如下步驟制備得到:
[0024](I)在清洗(依次經(jīng)過丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗1min)后的玻璃襯底上用磁控濺射的方法生長一層ITO薄膜，濺射本底真空小于2*10_4Pa，通入的Ar流量為40ccm，工作壓強為IPa，襯底溫度為350°C，材料濺射速率為0.2nm/min，膜層厚度為30nm。
[0025](2)在所制得的樣品上用原子層沉積(ALD)的方法生長一層Ir薄膜，用于提高整個膜層的載流子濃度，其沉積溫度(非襯底溫度，整個腔壁溫度)為350°C，材料濺射速率為
0.045nm/cycle，膜層厚度為 10nm。
[0026](3)在Ir薄膜上用磁控濺射法生長一層ITO薄膜，濺射本地真空小于2*10_4Pa，通入的Ar流量為40ccm，工作壓強為IPa，襯底溫度為350°C，材料濺射速率為0.2nm/min，膜層厚度為30nmo
[0027]本實施例的基于Ir層間摻雜的透明導電氧化物薄膜的在550nm波長處的透過率為17.2%，在1.55um波長處的透過率為15.3%，方塊電阻為25 Ω / 口。
[0028]對比例I
[0029]一種基于Au層間摻雜的透明導電氧化物薄膜，具體結構與實施例1中基于Ir層間摻雜的透明導電氧化物薄膜相同，所不同的是夾層為Au層。
[0030]基于Au層間摻雜的透明導電氧化物薄膜在550nm波長處的透過率為63 %，在
1.55um波長處的透過率為24%，電阻率為1Χ1(Γ4Ω.cm。
[0031]對比例2
[0032]一種基于Ag層間摻雜的透明導電氧化物薄膜，具體結構與實施例1中基于Ir層間摻雜的透明導電氧化物薄膜相同，所不同的是夾層為Ag層。
[0033]基于Ag層間摻雜的透明導電氧化物薄膜550nm波長處的透過率在為60 %，方塊電阻為29 Ω / 口。
[0034]以上所述的【具體實施方式】對本發(fā)明的技術方案和有益效果進行了詳細說明，應理解的是以上所述僅為本發(fā)明的最優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內所做的任何修改、補充和等同替換等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于Ir層間摻雜的透明導電氧化物薄膜，包括襯底，其特征在于，所述襯底上由下至上依次生長有下透明導電層、夾層和上透明導電層，所述的下透明導電層和上透明導電層為透明導電氧化物層，所述夾層為Ir層。
2.如權利要求1所述的基于Ir的透明導電氧化物薄膜，其特征在于，所述下透明導電層的厚度為20?10nm0
3.如權利要求2所述的基于Ir的透明導電氧化物薄膜，其特征在于，所述下透明導電層的厚度為30nmo
4.如權利要求3所述的基于Ir的透明導電氧化物薄膜，其特征在于，所述夾層的厚度為2?20nm。
5.如權利要求4所述的基于Ir的透明導電氧化物薄膜，其特征在于，所述夾層的厚度為5?1nm0
6.如權利要求5所述的基于Ir的透明導電氧化物薄膜，其特征在于，所述上透明導電層的厚度為20?10nm0
7.如權利要求5所述的基于Ir的透明導電氧化物薄膜，其特征在于，所述上透明導電層的厚度為30nmo
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于Ir層間摻雜的透明導電氧化物薄膜，包括襯底，所述襯底上由下至上依次生長有下透明導電層、夾層和上透明導電層，所述的下透明導電層和上透明導電層為透明導電氧化物層，所述夾層為Ir層。本發(fā)明通過在傳統(tǒng)TCO膜層中摻雜Ir薄膜的方式，增大了薄膜的載流子濃度，提高了載流子遷移率，改變了薄膜的光學性能，從而使得薄膜在近紅外波段能夠與介質匹配，產(chǎn)生等離子體共振，因此能夠應用于近紅外波段的光學器件領域。
【IPC分類】H01L31-0224, H01L31-18, H01L21-02
【公開號】CN104835716
【申請?zhí)枴緾N201510118159
【發(fā)明人】葉輝, 方旭, 張詩雨
【申請人】浙江大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年3月18日