專利名稱：透明導電膜及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種透明導電膜及其制備方法。
背景技術：
近年來，氧化鋅(Zn0)透明導電膜得到了非常廣泛的研究。氧化鋅薄膜相對于銦 錫氧化物(ITO)而言，具有原材料豐富、無毒、摻雜可以提高薄膜的電導率和穩(wěn)定性等優(yōu) 點。作為一種重要的光電子信息材料，氧化鋅透明導電膜優(yōu)良的光電特性使其在太陽能電 池、液晶顯示器、熱反射鏡等領域得到廣泛的應用。 未摻雜的ZnO薄膜的電阻很高，導電性能差，為了得到更優(yōu)異的電學性能，通常會 進行ZnO的摻雜，主要是III主族元素。在所有的摻雜元素中，Ga和Zn原子半徑最為接近， 而且Ga-0鍵和Zn-0鍵的鍵長比較接近，因此Ga原子代替Zn原子后，引起的Zn0晶格畸變 小，有利于Ga的摻入，而且與Al相比，Ga不易氧化。所以Ga被認為最有前途的摻雜元素。 在Zn0中摻入Mg可以實現(xiàn)Zn0的能帶工程，使其在多層異質結、量子阱結構、二維電子氣等 方面有著重要的用途。 與玻璃襯底相比，有機聚合物襯底存在不少的缺點熱阻低，機械強度低，熱膨脹
系數(shù)高，很容易吸收水氣。為了克服這些缺點，需要在透明導電膜與聚合物襯底之間引入一
層緩沖層。由于Zn0與ZnMgO的晶格匹配，所以選擇Zn0作為緩沖層材料。 有機襯底透明導電膜不但具有玻璃襯底透明導電膜的光電特性，而且有許多獨特
優(yōu)點。它可作為可折疊液晶顯示器、非晶硅太陽能電池的透明電極，還可作為可粘貼式汽車
玻璃防霜凍膜，在透明電磁屏蔽和可折疊反射熱鏡上也有廣泛的應用，為開發(fā)柔性全透明
器件提供了一種新的思路。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種電學性能優(yōu)良的透明導電膜及其制備方法。
本發(fā)明的透明導電膜在襯底上依次沉積有起緩沖作用的Zn0膜層和ZnMgO膜層， 其特征在于襯底是有機聚合物，起緩沖作用的Zn0膜層為未摻雜的n型Zn0薄膜，ZnMgO膜 層為Ga摻雜的n型ZnMgO薄膜。 上述的有機聚合物可以是聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酩(PC)、有機玻璃
(P匿A)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。 透明導電膜的制備方法，包括以下步驟 1)稱量純的ZnO粉末，球磨后壓制成型，然后在120(TC溫度下燒結，制得純的ZnO 陶瓷靶； 2)稱量純的ZnO、MgO和G^03粉末，其中Ga摩爾百分含量為4^，Mg摩爾百分含量 為5% ，將上述粉末球磨混合均勻、壓制成型，然后在120(TC溫度下燒結，制得摻Ga的ZnMgO 陶瓷靶； 3)采用射頻磁控濺射法，以純的ZnO陶瓷靶為靶材，在有機聚合物襯底上沉積一層未摻雜的n型ZnO薄膜，濺射條件靶材與襯底之間的距離保持為4 6cm，生長室真空 度至少抽至3X10—卞a，生長室通入純氬氣和純氧氣中的一種或者這兩種的混合氣體，控制 壓強為0. 1 3. 0Pa， Ar : 02 = 1 : 0 0 : l，濺射功率100W 300W ;
4)采用射頻磁控濺射法，以摻Ga的ZnMgO陶瓷耙為耙材，在步驟3)的未摻雜的n 型ZnO薄膜上再沉積一層Ga摻雜的n型ZnMgO薄膜，濺射條件靶材與襯底之間的距離保 持為4 6cm，生長室真空度至少抽至3 X 10—3Pa，生長室通入純氬氣和純氧氣中的一種或者 這兩種的混合氣體，控制壓強為0. 1 3. OPa，Ar : 02 = 1 : 0 0 : 1，濺射功率100W 300W。 上述純氬氣的純度為99. 99%以上，純氧氣的純度為99. 99%以上。ZnO、 Ga203和 MgO粉末的純度均為99. 99%以上。透明導電膜中ZnO膜層的厚度和ZnMgO膜層的厚度均可由沉積時間來決定。
本發(fā)明的優(yōu)點是 1)制備方法簡單，可在室溫下生長，本發(fā)明的透明導電膜電學性能優(yōu)異，方塊電阻 為5 10Q/sq。 2)引入的ZnO緩沖層可以使得有機襯底表面更光滑，減少對水氣的吸收，減少由 于襯底和ZnMgO薄膜的失配所引起的缺陷。 3)本發(fā)明的透明導電膜，采用柔性襯底，具有質量輕、可折疊、不易碎、易于大面積 生產、便于運輸及成本低等優(yōu)點，可應用于制造柔性發(fā)光器件、塑料液晶顯示器和柔性襯底 非晶硅太陽能電池，可用作透明電磁屏蔽及觸敏覆蓋層等，還可作為透明隔熱保溫材料用 于塑料大棚。


圖1是透明導電膜結構示意圖。
圖2是薄膜的光學透射譜。
具體實施例方式
以下結合附圖及具體實例進一步說明本發(fā)明。 參照圖1 ，本發(fā)明的透明導電膜在襯底1上依次沉積有起緩沖作用的ZnO膜層2和 ZnMgO膜層3，襯底是有機聚合物，起緩沖作用的ZnO膜層為未摻雜的n型ZnO薄膜，ZnMgO 膜層為Ga摻雜的n型ZnMgO薄膜。
實施例1 : 透明導電膜的制備方法，包括以下步驟 1)稱量純度99. 99%的ZnO粉末，將稱量好的ZnO粉末倒入裝有瑪瑙球的球磨罐 中，在球磨機上球磨24個小時，在一定程度上細化。然后取出烘干，添加粘結劑研磨，壓制 成型。把成型的胚體放入燒結爐中，經低溫(400°C )排素，使粘結劑揮發(fā)，再升溫至1200°C 燒結4個小時，得到摻Ga的ZnMgO陶瓷耙。 2)稱量純度99. 99%的ZnO、MgO和6&203粉末，其中Ga的摩爾百分含量為4%，Mg 摩爾百分含量為5%。將稱量好的ZnO、MgO和G^03粉末倒入裝有瑪瑙球的球磨罐中，在球 磨機上球磨24個小時，目的是讓粉末混合均勻并在一定程度上細化。然后取出烘干，添加粘結劑研磨，壓制成型。把成型的胚體放入燒結爐中，經低溫(400°C )排素，使粘結劑揮發(fā)， 再升溫至120(TC燒結4個小時，得到摻Ga的ZnMgO陶瓷耙。 3)將PC襯底經過清洗后固定在樣品托盤上，放入反應真空室。將純的ZnO陶瓷靶 裝在靶材架上，然后嵌入磁控濺射裝置的靶頭上。調節(jié)襯底和靶材的距離為6cm，將擋板置 于襯底和靶材之間。生長室真空度抽至3X10—3Pa，生長室通入純氬氣，控制壓強為l.OPa， 在200W的功率開始濺射，濺射時間為lOmin，得到厚度約25nm的未摻雜的n型ZnO薄膜。
4)取下純ZnO陶瓷靶，將摻Ga的ZnMgO陶瓷靶裝在靶材架上，然后嵌入磁控濺射 裝置的靶頭上。靶材與襯底之間的距離保持為6cm，將擋板置于襯底和靶材之間。生長室真 空度抽至3 X 10—3Pa，生長室通入純氬氣，控制壓強為0. 14Pa，在300W的功率開始濺射，濺射 時間為60min，得到厚度約為800nm的摻Ga的n型ZnMgO薄膜。 所有磁控濺射沉積過程均是在室溫下進行的。本例制得的透明導電膜的方塊電阻 為6 Q /sq，在可見光區(qū)域平均透射率高于80 % ，薄膜的光學透射譜如圖2所示。器件可彎 曲120°且性能保持穩(wěn)定。
實施例2: 制備步驟同實施例1，所不同的是襯底是PET，未摻雜的n型ZnO薄膜的厚度為 50nm，摻Ga的n型ZnMgO膜層的厚度為700nm。制備未摻雜的n型ZnO薄膜時，生長室通入 純氬氣和純氧氣，Ar : 02 = 9 : 1。本例制得的透明導電膜的方塊電阻為5Q/sq，在可見 光區(qū)域平均透射率高于85%，器件可彎曲90°且性能保持穩(wěn)定。
實施例3 : 制備步驟同實施例l，所不同的是襯底是PMMA，未摻雜的n型ZnO薄膜的厚度為 75nm，摻Ga的n型ZnMgO膜層的厚度為600nm。制備未摻雜的n型ZnO薄膜時，生長室通入 純氬氣和純氧氣，Ar : 02 = 6 : 4。本例制得的透明導電膜的方塊電阻為10Q/sq，在可見 光區(qū)域平均透射率高于80%，器件可彎曲85°且性能保持穩(wěn)定。
權利要求
透明導電膜，其特征是在襯底(1)上依次沉積有起緩沖作用的ZnO膜層(2)、和ZnMgO膜層(3)，襯底是有機聚合物，起緩沖作用的ZnO膜層是未摻雜的n型ZnO薄膜，ZnMgO膜層是摻Ga的n型ZnMgO薄膜。
2. 根據(jù)權利要求1所述的透明導電膜，其特征在于有機聚合物是聚對苯二甲酸乙二 酯、聚碳酸酩、有機玻璃或聚萘二甲酸乙二醇酯。
3. 制備權利要求1所述的透明導電膜的方法，其特征在于包括以下步驟1) 稱量純的ZnO粉末，球磨后壓制成型，然后在120(TC溫度下燒結，制得純的Zn0陶瓷靶；2) 稱量純的ZnO、MgO和Ga^粉末，其中Ga摩爾百分含量為4%， Mg摩爾百分含量為 5% ，將上述粉末球磨混合均勻、壓制成型，然后在120(TC溫度下燒結，制得摻Ga的ZnMgO陶 瓷耙；3) 采用射頻磁控濺射法，以純的ZnO陶瓷靶為靶材，在有機聚合物襯底上沉積一層未 摻雜的n型ZnO薄膜，濺射條件靶材與襯底之間的距離保持為4 6cm，生長室真空度至 少抽至3X10—卞a，生長室通入純氬氣和純氧氣中的一種或者這兩種的混合氣體，控制壓強 為0. 1 3. OPa， Ar : 02 = 1 : 0 0 : l，濺射功率100W 300W ;4) 采用射頻磁控濺射法，以摻Ga的ZnMgO陶瓷靶為靶材，在步驟3)的未摻雜的n型 ZnO薄膜上再沉積一層Ga摻雜的n型ZnMgO薄膜，濺射條件靶材與襯底之間的距離保持 為4 6cm，生長室真空度至少抽至3 X 10—3Pa，生長室通入純氬氣和純氧氣中的一種或者這 兩種的混合氣體，控制壓強為0. 1 3. 0Pa， Ar : 02 = 1 : 0 0 : l，濺射功率100W 300W。
4. 根據(jù)權利要求3所述的透明導電膜的制備方法，其特征在于純氬氣的純度為 99. 99%以上，純氧氣的純度為99. 99%以上。
5. 根據(jù)權利要求3所述的透明導電膜的制備方法，其特征在于ZnO、 Ga203和MgO粉末 的純度均為99. 99%以上。
全文摘要
本發(fā)明公開的透明導電膜，在有機聚合物襯底上依次沉積有起緩沖作用的未摻雜的n型ZnO薄膜和Ga摻雜的n型ZnMgO薄膜。采用磁控濺射法制備，方法簡單，本發(fā)明的透明導電膜電學性能優(yōu)異，方塊電阻為5～10Ω/sq。具有質量輕、可折疊、不易碎、易于大面積生產、便于運輸及成本低等優(yōu)點，可應用于制造柔性發(fā)光器件、塑料液晶顯示器和柔性襯底非晶硅太陽能電池，可用作透明電磁屏蔽及觸敏覆蓋層等，還可作為透明隔熱保溫材料用于塑料大棚。
文檔編號B32B9/04GK101714416SQ200910154979
公開日2010年5月26日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權日2009年12月7日
發(fā)明者葉志鎮(zhèn), 呂建國, 龔麗 申請人:浙江大學