一种反应等离子体沉积镀膜用的ICO靶材及其制备方法与流程

本发明属于靶材制备，尤其涉及一种反应等离子体沉积镀膜用的ico靶材及其制备方法。

背景技术：

1、tco薄膜(透明导电氧化物薄膜，transparent conductive oxide)的镀膜方法主要有磁控溅射、热/电子束蒸发和反应等离子体沉积(reactive plasma deposition，rpd)。由于rpd具有靶材利用率高、对基底损伤少、可低温镀膜、膜层致密、光电综合性能好等优势，故逐渐被广泛研究和应用。然而，rpd与其他镀膜方法相比，对靶材的致密度有着更高要求，如果致密度过高(如用于磁控溅射的靶材)，容易导致靶材开裂，如果致密度过低，容易导致靶材飞溅粉尘或结构坍塌，从而无法获得高质量的薄膜，故将靶材的致密度控制在合适范围对制备高质量tco薄膜起到关键作用。

2、目前，tco薄膜体系包括ito(sn掺杂in2o3)、azo(al掺杂zno)、fto(f掺杂sno2)以及imo(mo掺杂in2o3)等。其中，ito的综合光电性能最为优异，被广泛应用在平面显示器件和薄膜太阳电池等领域。然而，sn掺杂虽然可以增加载流子浓度，但载流子迁移率和近红外波段透过率低，使其难以同时兼具优异的导电性和透光性，其发展空间有限。

3、因此，有必要开发一种能够代替ito的反应等离子体沉积镀膜用的ico靶材，使镀膜形成的ico薄膜能够同时兼顾优异的电导性和透光性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种反应等离子体沉积镀膜用的ico靶材及其制备方法，旨在解决现有的ito靶材制备tco薄膜无法同时兼顾优异的电导率和透光性的问题。

2、为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供一种反应等离子体沉积镀膜用的ico靶材，包含in、ce以及x的氧化物，所述in、ce、x的原子比为(95～99)/(1～5)/(0.001～0.5)；

4、其中，所述x选自除ce以外的镧系稀土元素中的至少一种；

5、所述ico靶材具有疏松多孔结构，并且相对密度为55～65％。

6、第二方面，本发明提供一种反应等离子体沉积镀膜用的ico靶材的制备方法，包括如下步骤：

7、分别制备掺杂x的氧化铟粉和氧化铟铈粉；

8、将氧化铟铈粉和所述掺杂x的氧化铟粉混合均匀，得到混合粉；

9、将所述混合粉进行成型，得到靶材素坯；

10、将所述靶材素坯进行高温烧结，得到ico靶材。

11、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

12、本发明提供的反应等离子体沉积镀膜用的ico靶材，一方面，所含的铈作为主掺杂剂，由于ce4+离子半径(87pm)比sn4+离子半径(69pm)更接近in3+离子半径(80pm)，故以ce4+替代sn4+对in2o3进行掺杂时晶格畸变更小，可以减少由晶格畸变累积引起的缺陷，有利于降低结构失配造成的载流子缺陷散射，提高载流子的迁移率；并且，ce4+掺杂还可以降低氧空位密度，从而有利于提高载流子的弛豫时间和迁移率，因此掺杂铈的ico靶材的镀膜比掺杂锡的氧化铟(ito)靶材的镀膜具有更好的导电性。另一方面，还含有除ce之外的镧系稀土元素作为辅助掺杂剂，镧系稀土离子如sm3+、la3+、lu3+等具有更低的电负性，与氧离子键合能力更强，形成的离子键具有更高的键能，不易断裂，能减少氧原子的逸出，从而可以进一步降低氧空位，提高载流子迁移率和材料的稳定性；并且，通过这些除ce之外的镧系稀土元素掺杂，可以调节ico的费米能级，改变ico的功函数，有效改善ico与栅线、si等功能层的欧姆接触。此外，ico靶材具有疏松多孔结构，并且相对密度为55～65％，使本发明ico靶材适合反应等离子体沉积镀膜，因此靶材具有更高的利用率，可采用低温镀膜，使制得的掺杂x的tco薄膜更致密、光电性能更好。因此，本发明提供的ico靶材可以兼具透光性好和电导率高。

13、本发明提供的反应等离子体沉积镀膜用的ico靶材的制备方法，先制备掺杂x的氧化铟粉作为第一组份，氧化铟铈粉作为第二组份，再将掺杂x的氧化铟粉和氧化铟铈粉混合、造粒，与直接将氧化铟粉、氧化铈粉和x的氧化物粉球磨混合、造粒的传统制备方法相比，本发明能使掺杂x的氧化铟粉填充到氧化铟铈粉的空隙中，利于混合均匀，能有效防止烧结过程形成多种中间化合物，偏析相等，因此能大幅度提高ico靶材组织均匀性，使制得的ico靶材镀膜具有更高的迁移率和平均透过率，同时能有效防止靶材产生色差和防止镀膜时发生开裂等。此外，作为第一组份的掺杂x的氧化铟粉具有更高的烧结活性，故利于缩短烧结过程中的化学迁移，缩短烧结时间，降低能耗。

技术特征：

1.一种反应等离子体沉积镀膜用的ico靶材，其特征在于，包含in、ce以及x的氧化物，所述in、ce、x的原子比为(95～99)/(1～5)/(0.001～0.5)；

2.根据权利要求1所述的反应等离子体沉积镀膜用的ico靶材，其特征在于，所述x选自la、sm、pr、tb、gd、lu中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的反应等离子体沉积镀膜用的ico靶材，其特征在于，所述x包括原子比为(0.0005～0.3)/(0.0005～0.2)的第一镧系稀土元素和第二镧系稀土元素；

4.一种如权利要求1～3任一项所述的反应等离子体沉积镀膜用的ico靶材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述掺杂x的氧化铟粉的比表面积为10～30m2/g，所述氧化铟铈粉的比表面积为0.1～3.0m2/g；

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，制备掺杂x的氧化铟粉的步骤包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应处理的温度为150～250℃，时间为12～24h；

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述铟盐选自氯化铟或硝酸铟；

9.根据权利要求5～8任一项所述的制备方法，其特征在于，制备氧化铟铈粉的步骤包括：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：

技术总结本发明提供一种反应等离子体沉积镀膜用的ICO靶材及其制备方法，属于靶材制备技术领域。该ICO靶材包含In、Ce以及X的氧化物，所述In、Ce、X的原子比为(95～99)/(1～5)/(0.001～0.5)；其中，所述X选自除Ce以外的镧系稀土元素中的至少一种；所述ICO靶材具有疏松多孔结构，并且相对密度为55～65％。本发明ICO靶材通过共掺杂铈和其他镧系稀土元素，可以显著提升ICO靶材制备的透明导电氧化物薄膜的迁移率和平均透过率。因此，本发明提供的ICO靶材可以兼具透光性好和电导率高。技术研发人员：周贤界,徐红星,卢晓鹏,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：2024/9/12