一种RPD镀膜用的氧化锌基靶材及其制备方法与流程

本申请属于靶材制备，尤其涉及一种rpd镀膜用的氧化锌基靶材及其制备方法。

背景技术：

1、在透明导电氧化物（tco）薄膜中，掺锡氧化铟（ito）薄膜具有优异的光电性能和化学稳定性，但是 in、sn 等材料自然储量少、成本高等限制了它的广泛应用。而多种元素掺杂的氧化锌基靶材制得的薄膜由于具有优良的化学稳定性、光电性能和低廉的原料成本，有望替代ito薄膜作为透明电极应用于太阳能电池和平板显示等领域。

2、目前，制备氧化锌基薄膜的方法主要有磁控溅射、金属有机化学气相沉积、脉冲激光沉积和溶胶−凝胶法等，然而这些沉积方法需要高温生长或退火处理才能得到高质量薄膜；此外，离子在溅射过程中的轰击还会对基底和薄膜有一定损伤，会造成电池性能下降或不稳定。与之相比，反应等离子体沉积（rpd）是新发展起来的一种优势明显的薄膜沉积方法，其利用等离子体的热能将固体源进行气化、离解，并以离子的形式扩散到衬底表面进行反应成膜，因此对衬底的轰击损伤小，沉积温度低，容易获得高质量薄膜，从而具备更好的光电性能。但是，多种元素掺杂的氧化锌基靶材在烧结时容易生成多种中间相和偏析相，使制得的靶材包含有多种组织成分，而不同组织成分的升华能和电离能存在较大差异，使其在反应等离子体沉积镀膜过程中的离化速率不同，容易导致制备的薄膜的各元素配比偏离靶材配比，从而难以得到所需的光电性能。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种rpd（反应等离子体沉积）镀膜用的氧化锌基靶材及其制备方法，旨在解决现有的多元掺杂的氧化锌基靶材存在组织均一性不好，容易导致制得的薄膜的各元素配比偏离靶材配比的问题。

2、为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

3、第一方面，本申请提供一种rpd镀膜用的氧化锌基靶材，其原料包括质量比为（89~98.5）/（1~5）/（0.5~4）/（0~2）的氧化锌、氧化镁、氧化镓和氧化铝。

4、第二方面，本申请提供一种rpd镀膜用的氧化锌基靶材的制备方法，包括以下步骤：

5、制备氧化镓镁锌固溶粉；

6、将第一氧化锌粉和所述氧化镓镁锌固溶粉混合均匀，得到混合粉；

7、将所述混合粉进行成型，得到靶材素坯；

8、将所述靶材素坯进行烧结，得到氧化锌基靶材。

9、与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：

10、本申请第一方面提供的rpd镀膜用的氧化锌基靶材，添加的氧化镁具有较宽的带隙，mg2+作为掺杂剂固溶到氧化锌基体的晶格中，可以拓宽氧化锌基靶材镀膜带隙，提高紫外光波段的光透过率，使应用范围更广；添加氧化镓和氧化铝，ga3+和al3+取代zn2+作为产生电子的供体，可以改善氧化锌基靶材镀膜的电学性能；并且由于mg2+的半径（57pm）和ga3+的半径（62pm）接近于zn2+的半径（60pm），ga3+和mg2+对zno掺杂，可以减少掺杂离子的结构缺陷和电子散射，故电子迁移率因晶界散射的减少而增加；此外，添加氧化铝，还能提高氧化锌基靶材镀膜的化学稳定性；因此，本申请氧化锌基靶材可以在改善氧化锌薄膜导电性和化学稳定性的同时提高紫外波段的光透过率。

11、本申请第二方面提供的rpd镀膜用的氧化锌基靶材的制备方法，将氧化锌分为两部分，先制备氧化镓镁锌固溶粉，使镓、镁固溶到部分氧化锌粉的晶格中形成氧化镓镁锌固溶粉，再将氧化镓镁锌固溶粉与另一部分的氧化锌粉混合、成型、烧结，可以防止烧结时形成多种中间产物和偏析相，提高靶材组织均匀性，同时镁优先固溶到氧化锌晶格中还可以防止水解导致靶材开裂；以大粒径的氧化锌粉作为骨架，有助于小粒径的氧化镓镁锌固溶粉填充到骨架氧化锌粉的空隙中，能够辅助成型，不仅有助于成型后形成均匀稳定的靶材素坯，提高靶材组织均匀性，而且具有烧结活化能低、烧结速率快等优点，有助于素坯烧结致密化和缩短烧结时间，从而可以抑制zno挥发。

技术特征：

1.一种rpd镀膜用的氧化锌基靶材，其特征在于，包括质量比为（89~98.5）/（1~5）/（0.5~4）/（0~2）的氧化锌、氧化镁、氧化镓和氧化铝。

2.如权利要求1所述的氧化锌基靶材，其特征在于，所述氧化锌基靶材具有多孔网络结构，并且相对密度为55~65%。

3.一种如权利要求1或2所述的rpd镀膜用的氧化锌基靶材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，制备所述氧化镓镁锌固溶粉的步骤包括：

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一氧化锌粉和所述氧化镓镁锌固溶粉的质量比为（65~75）/（25~35）；

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧处理的温度为500~700℃，时间为6~12h。

7.如权利要求3~6任一项所述的制备方法，其特征在于，将第一氧化锌粉和所述氧化镓镁锌固溶粉混合均匀，得到混合粉的步骤，还包括：

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：所述第二分散剂占所述纳米氧化铝粉质量的0.2~2%；

9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述纳米氧化铝粉的粒径为20~80nm。

10.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的步骤包括：

技术总结本申请涉及靶材制备技术领域，提供了一种RPD镀膜用的氧化锌基靶材及其制备方法。其中，RPD镀膜用的氧化锌基靶材，其原料包括质量比为（89~98.5）/（1~5）/（0.5~4）/（0~2）的氧化锌、氧化镁、氧化镓和氧化铝。本申请提供的RPD镀膜用的氧化锌基靶材，添加的氧化镁具有较宽的带隙，Mg<supgt;2+</supgt;作为掺杂剂固溶到氧化锌基体的晶格中，可以拓宽氧化锌基靶材镀膜带隙，提高紫外光波段的光透过率，使应用范围更广；添加氧化镓和氧化铝，Ga<supgt;3+</supgt;和Al<supgt;3+</supgt;取代Zn<supgt;2+</supgt;作为产生电子的供体，可以改善氧化锌基靶材镀膜的电学性能；添加氧化铝，还能提高氧化锌基靶材镀膜的化学稳定性。技术研发人员：周贤界,徐红星,黄小玲,黄勇彪受保护的技术使用者：深圳众诚达应用材料股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/27