一种P型NaxCoO2透明导电薄膜的制备方法

摘要

本发明公开了一种P型NaxCoO2透明导电薄膜的制备方法,属于功能薄膜材料技术领域，制备0.5≤x≤0.8的NaxCoO2透明导电薄膜的方法步骤中包括：A、陶瓷靶材的制备：将Co3O4粉末研磨均匀后，压制成型，再利用高温固相反应法烧结得到制备NaxCoO2透明导电薄膜用的Co3O4靶材；B、脉冲激光沉积薄膜：用得到的靶材通过脉冲激光沉积技术在单晶基底上生长c轴取向的CoO以得到预制薄膜；C、钠蒸汽氛围退火，这样即可获得c轴取向的NaxCoO2透明导电薄膜。本方法制备的NaxCoO2透明导电薄膜具有高的载流子浓度和较宽的禁带宽度，因而表现出很好的光电性能，如较低的电阻率和较高的可见光透过率，实验结果可重复、工艺稳定性好。

权利要求

1.一种P型NaxCoO2透明导电薄膜的制备方法,其特征在于：制备0.5≤x≤0.8的NaxCoO2透明导电薄膜的方法步骤中包括：A、陶瓷靶材的制备

将Co3O4粉末研磨均匀后，压制成型，再利用高温固相反应法烧结得到制备NaxCoO2透明导电薄膜用的Co3O4靶材，所述的烧结是在高温退火炉中进行，炉内温度控制在650-750℃，烧结时间为5-7小时，自然降温至室温，这样重复烧结2-3次；

B、脉冲激光沉积薄膜

用得到的靶材通过脉冲激光沉积技术在单晶基底上生长c轴取向的CoO以得到预制薄膜，所述的脉冲激光沉积技术的激光频率1-10Hz，激光能量密度1.5-3mJ/cm2，本底真空10-4-10-5Pa，氧压1×10-2-80Pa，基底温度600-700℃，基底和靶材距离40-60mm，所用的激光器为308nm的XeCL准分子激光器；

C、钠蒸汽氛围退火

将NaHCO3粉末覆盖在预制薄膜表面，再将预制薄膜置于高温退火炉中进行退火处理，退火温度为700-750℃、时间为1-2小时，这样即可获得c轴取向的NaxCoO2透明导电薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种P型NaxCoO2透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述的Co3O4粉末的纯度为99.99％。

3.根据权利要求1所述的一种P型NaxCoO2透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：所述的压制成型采用的是静压成型法。

4.根据权利要求1所述的一种P型NaxCoO2透明导电薄膜的制备方法，其特征在于：步骤B中所述的单晶基底为c轴取向的Al2O3、LaAlO3、或SrTiO3单晶薄片。

说明书

一种P型NaxCoO2透明导电薄膜的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于功能薄膜材料技术领域，具体地说是一种P型NaxCoO2透明导电薄膜的制备方法。

背景技术

[0002] 从平板液晶显示器、薄膜晶体管制造、太阳能电池透明电极以及火车飞机用玻璃除霜到建筑物幕墙玻璃，透明导电氧化物薄膜的应用十分广泛。目前研究主要集中在ZnO，In2O3，SnO2及其掺杂体系SnO2:Sb，SnO2:F，In2O3:Sn(ITO)，ZnO:A1(AZO)等，但上述这些材料都属于n型TCO材料。虽然在ZnO等体系中可通过一定工艺制备出p型TCO材料，但其导电性与n型TCO相差甚远且制备工艺的稳定性和重复性均需大幅度提高。因此，制备出性能优越、工艺条件稳定、重复性好的p型TCO薄膜材料，对研发基于P型TCO材料设计制作的新型透明p-n结、透明晶体管、透明场效应管等透明光电子器件具有非常重要的意义。

发明内容

[0003] 本发明为了提供一种p型TCO薄膜材料，设计了一种P型NaxCoO2透明导电薄膜的制备方法，本方法制备的NaxCoO2透明导电薄膜具有高的载流子浓度和较宽的禁带宽度，因而表现出很好的光电性能，如较低的电阻率和较高的可见光透过率，实验结果可重复、工艺稳定性好。

[0004] 为了实现上述目的，本发明所采取的技术手段是：一种P型NaxCoO2透明导电薄膜的制备方法,其特征在于：制备0.5≤x≤0.8的NaxCoO2透明导电薄膜的方法步骤中包括：

[0005] A、陶瓷靶材的制备

[0006] 将Co3O4粉末研磨均匀后，压制成型，再利用高温固相反应法烧结得到制备NaxCoO2透明导电薄膜用的Co3O4靶材；

[0007] B、脉冲激光沉积薄膜

[0008] 用得到的靶材通过脉冲激光沉积技术在单晶基底上生长c轴取向的CoO以得到预制薄膜；

[0009] C、钠蒸汽氛围退火

[0010] 将NaHCO3粉末覆盖在预制薄膜表面，再将预制薄膜置于高温退火炉中进行退火处理，退火温度为700-750℃、时间为1-2小时，这样即可获得c轴取向的NaxCoO2透明导电薄膜。

[0011] 所述的烧结是在高温退火炉中进行，炉内温度控制在650-750℃，烧结时间为5-7小时，自然降温至室温，这样重复烧结2-3次。

[0012] 所述的Co3O4粉末的纯度为99.99％。

[0013] 所述的压制成型采用的是静压成型法。

[0014] 步骤B中所述的脉冲激光沉积技术的激光频率1-10Hz，激光能量密度1.5-3mJ/2 -4 -5 -2
cm ，本底真空10 -10 Pa，氧压1×10 -80Pa，基底温度600-700℃，基底和靶材距离40-
60mm。

[0015] 步骤B中所述的单晶基底为c轴取向的Al2O3、LaAlO3、或SrTiO3单晶薄片。

[0016] 本发明的有益效果是：其一，工艺稳定性好、样品重复率高；其二，制备的p型NaxCoO2透明导电薄膜结晶质量好，沿c轴方向取向生长且不含任何杂相；其三，制备的p型NaxCoO2透明导电薄膜具有较高的电导率和可见光透过率，光电品质因子高。

附图说明

[0017] 图1是对制得的NaxCoO2透明导电薄膜使用D8型X-射线衍射仪测试后得到的XRD图谱。

[0018] 图2是NaxCoO2透明导电薄膜的透射光谱，图中横坐标为波长，纵坐标为透过率。

[0019] 图3是NaxCoO2透明导电薄膜的低温电阻率图谱，图中横坐标为温度，纵坐标为电阻率。

[0020] 图4是通过对本发明NaxCoO2透明导电薄膜的吸收系数进行拟合得到的光学带隙，图中横坐标为光子能量(hυ)，纵坐标为(αhυ)2。

具体实施方式

[0021] 下面结合实施例对本发明进行详细说明。

[0022] 实施例一、以x＝0.7为例，p型Na0.7CoO2透明导电薄膜的制备方法依以下步骤顺序进行：

[0023] A、将纯度为99.99％的高纯Co3O4粉末研磨均匀后，用静压方法压制成型，在700℃的高温退火炉中预烧结6小时，自然降温至室温，这样重复烧结2次，制得沉积所用的Co3O4靶材；

[0024] B、将制得的Co3O4靶材放入PLD腔体，通过脉冲激光沉积，在Al2O3基底按照上述参数沉积CoO薄膜；

[0025] C、在钠蒸汽氛围下退火，具体退火过程为：

[0026] 将NaHCO3粉末覆盖在预制薄膜表面，将覆盖有NaHCO3的预制薄膜置于高温退火炉中进行退火处理2小时，退火温度750℃，得到沿c轴取向生长的Na0.7CoO2透明导电薄膜。

[0027] 用激光器为308nm的XeCl准分子激光器，XRD测试表明制备的p型Na0.7CoO2薄膜为c轴取向生长，可参见附图1；其室温电阻率为1.2mΩcm， 可参见附图2；可见光平均透过率为37％，可参见附图3；光学带隙为2.61eV，可参见附图4。

[0028] 实施例二、以x＝0.5为例，p型Na0.5CoO2透明导电薄膜的制备方法依以下步骤顺序进行：

[0029] A、将纯度为99.99％的高纯Co3O4粉末研磨均匀后，用静压方法压制成型，在750℃的高温退火炉中预烧结5小时，自然降温至室温，这样重复烧结3次，制得沉积所用的Co3O4靶材；

[0030] B、将制得的Co3O4靶材放入PLD腔体，通过脉冲激光沉积，在LaAlO3基底按照上述参数沉积CoO薄膜；

[0031] C、在钠蒸汽氛围下退火，具体退火过程为：

[0032] 将NaHCO3粉末覆盖在预制薄膜表面，将覆盖有NaHCO3的预制薄膜置于高温退火炉中进行退火处理2小时，退火温度700℃，得到沿c轴取向生长的Na0.7CoO2透明导电薄膜。

[0033] 用激光器为308nm的XeCl准分子激光器，XRD测试表明制备的p型Na0.5CoO2薄膜为c轴取向生长，其室温电阻率为1.21mΩcm；可见光平均透过率为37％；光学带隙为2.63eV。

[0034] 实施例三、以x＝0.8为例，p型透明导电薄膜Na0.8CoO2的制备方法依以下步骤顺序进行：

[0035] A、将纯度为99.99％的高纯Co3O4粉末研磨均匀后，用静压方法压制成型，在650℃的高温退火炉中预烧结7小时，自然降温至室温，这样重复烧结3次，制得沉积所用的Co3O4靶材；

[0036] B、将制得的Co3O4靶材放入PLD腔体，通过脉冲激光沉积，在SrTiO3基底按照上述参数沉积CoO薄膜；

[0037] C、在钠蒸汽氛围下退火，具体退火过程为：

[0038] 将NaHCO3粉末覆盖在预制薄膜表面，将覆盖有NaHCO3的预制薄膜置于高温退火炉中进行退火处理1小时，退火温度750℃，得到沿c轴取向生长的Na0.8CoO2透明薄膜。

[0039] 用激光器为308nm的XeCl准分子激光器，XRD测试表明制备的p型Na0.8CoO2薄膜为c轴取向生长；其室温电阻率为1.2mΩcm；可见光平均透过率为37.2％；光学带隙为2.62eV。