專利名稱：一種多層非晶透明導電薄膜的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種多層非晶透明導電薄膜。
背景技術(shù)：
透明導電薄膜由于其接近金屬的導電性以及良好的透過性，而被廣泛用于平面顯示器、太陽能電池、節(jié)能紅外反射膜、電致變色窗等。將來發(fā)展的趨勢是產(chǎn)品的柔性化和全透明特性，為了更好地應用于柔性器件，人們開發(fā)了非晶氧化物材料。與晶態(tài)氧化物相比， 非晶氧化物具有一些顯著優(yōu)勢，如非晶氧化物更容易刻蝕，只需弱酸就能很快刻蝕干凈； 非晶氧化物具有較低的表面粗糙度，能有效改善界面接觸；非晶氧化物柔韌性好，在承受機械壓力時不易出現(xiàn)裂紋和損壞，與柔性襯底兼容性好。但是非晶氧化物也存在一個缺點，即其導電性能略差，電阻率高，目前報道的最低電阻率也通常在10_3Qcm，不能滿足實際應用的需求。因而，如何降低非晶氧化物的電阻率，提高其導電性能，依然是一個需要解決的關鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多層非晶透明導電薄膜，通過引入高導電性的導電改性層，形成由非晶氧化物層和導電改性層組成的多層結(jié)構(gòu)薄膜，實現(xiàn)在不顯著降低可見光透過率的基礎上，提高其導電性能。本發(fā)明的多層非晶透明導電薄膜，包括襯底，在襯底上交替沉積有η層非晶氧化物層和導電改性層，n ^ 2，其中奇數(shù)層為非晶氧化物層，或奇數(shù)層為導電改性層。通常，非晶氧化物層厚度為5納米至100微米，導電改性層厚度為I納米至500納米。本發(fā)明中，所述的非晶氧化物層為非晶態(tài)的ZnSnO、InZnO, InffO或InXZnO，其中X 為 B、Al、Ga、Ti、Zr、Hf、Si、Ge、Sn、Be、Mg、Ca、Sr、Ba 或 Cd。所述的導電改性層為 Cu、Ag、 Au、Mg、Ti、Fe、Al 或石墨烯。襯底可以是玻璃、藍寶石、石英、苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酩(PC)或聚酰亞胺(PI)。多層非晶透明導電薄膜的制備可采用脈沖激光沉積法或是磁控濺射法。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點為
I)制備方法簡單，多層非晶氧化物薄膜可在低溫甚至室溫下生長，有利于節(jié)約能源，降低產(chǎn)品成本。2)多層非晶氧化物薄膜具有很低的電阻率，同時具有較高的可見光透過率，光學和電學性能達到了綜合優(yōu)化。3)制得的多層非晶氧化物薄膜均勻性好，表面粗糙度低，易于大面積均勻沉積，且可以改善界面接觸性能。4)多層非晶氧化物薄膜易于刻蝕，使用弱酸就能很快刻蝕干凈。
5)多層非晶氧化物薄膜柔韌性好，在承受機械壓力時不易出現(xiàn)裂紋和損壞，與柔性襯底兼容性好。


圖I是本發(fā)明的多層非晶透明導電薄膜結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是實施例I所得多層非晶透明導電薄膜的光學透射率。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖及具體實例進一步說明本發(fā)明。如圖I所示，多層非晶透明導電薄膜基本結(jié)構(gòu)包括襯底1，在襯底I上交替沉積有 η層非晶氧化物層和導電改性層，n ^ 2，其中奇數(shù)層為非晶氧化物層，或奇數(shù)層為導電改性層。實施例I :
以玻璃為襯底，在其上依次沉積InAlaZnC^65非晶氧化物，金屬Cu和InAlaZnC^65非晶氧化物，形成3層非晶透明導電薄膜。采用脈沖激光沉積法制備，具體步驟如下
O以ln203、Al2O3和ZnO粉末為源材料，按原子比Ιη:Α1 :Zn=l :0. 1:1稱量，燒結(jié)制得 InAl0. !ZnO3.65 陶瓷靶。2)將玻璃襯底經(jīng)過清洗后固定在樣品托盤上，放入反應真空室，將InAlaiZn O3.65 陶瓷靶裝在脈沖激光沉積靶頭上，生長室通入02，控制總壓強為O. OlPa,襯底溫度升至 300°C,沉積56nm厚的非晶InAl01Zn 03.65薄膜層。3)取下InAlaZnO3.65陶瓷靶，將純Cu金屬靶裝在靶材架上，然后嵌入脈沖激光沉積裝置的靶頭上，生長室真空度抽至I X 10_3 Pa，沉積2nm厚的Cu層。4)取下純Cu金屬靶，換上InAlaZnO165陶瓷靶，同步驟2)的方法，在Cu層上生長一層厚度為56nm的非晶InAla AC^65薄膜層。本例制得的3層非晶透明導電膜表面粗糙度(RMS)為4. 4 nm ;可見光區(qū)域平均透射率為76.5%，如圖2所示;方塊電阻為36.0 Ω/sq，載流子濃度達4. IXlO20 cm_3，霍爾遷移率為 13. 9 cm2/Vso實施例2
以玻璃為襯底，在其上依次沉積金屬Cu，InAl0. !ZnO3^5非晶氧化物，形成2層非晶透明導電薄膜。采用脈沖激光沉積法制備，具體步驟如下
O以ln203、Al2O3和ZnO粉末為源材料，按原子比In:Al :Zn=l :0. 1:1稱量，燒結(jié)制得 InAl0. !ZnO3.65 陶瓷靶。2 )將玻璃襯底經(jīng)過清洗后固定在樣品托盤上，放入反應真空室。將純Cu金屬靶裝在脈沖激光沉積靶頭上，生長室真空度抽至I X 10_3 Pa，沉積20nm厚的Cu層。3)取下純Cu金屬靶，將InAla洳03.65陶瓷靶裝在靶材架上，然后嵌入脈沖激光沉積裝置的靶頭上，生長室通入O2，控制總壓強為O. OlPa，襯底溫度升至300°C，沉積120nm厚的非晶InAlaZnC^65薄膜層。
本例制得的2層非晶透明導電薄膜表面粗糙度(RMS)為O. 52 nm ;在可見光區(qū)域平均透射率為86. 5% ;方塊電阻為114. 2Q/sq，遷移率為17 cm2/Vs，載流子濃度達5. 37 X IO20實施例3
以玻璃為襯底，在其上依次沉積InSia^nO165非晶氧化物、金屬Ag、InSi0.^03.65非晶氧化物，形成3層非晶透明導電薄膜。采用磁控濺射法制備，具體步驟如下
O以ln203、SiO2和ZnO粉末為源材料，按原子比In: Si : Zn=I: O. 1:1稱量，燒結(jié)制得 InSi0. !ZnO3.65 陶瓷靶。2)將玻璃襯底經(jīng)過清洗后固定在樣品托盤上，放入反應真空室，將InSia^nO3.65 陶瓷靶裝在磁控濺射靶頭上，生長室通入O2，控制總壓強為I. 5Pa，襯底溫度升至300°C，沉積80nm厚的非晶InSi0 !ZnO3^5薄膜層。3)取下InSiaZnO3.65陶瓷靶，將純Ag金屬靶裝在靶材架上，然后嵌入磁控濺射裝置的靶頭上，生長室真空度抽至2 X 10_3 Pa，沉積6nm厚的Ag層。4)取下純Ag金屬祀,換上InSia ZnO165陶瓷祀，同步驟2)的方法,在Ag層上生長一層厚度為80nm的非晶InSitl.^nO3J5薄膜。本例制得的3層非晶透明導電膜表面粗糙度(RMS)為6. 2 nm ;可見光區(qū)域平均透射率為79. 1%;方塊電阻為41.0 0/叫，載流子濃度達2.5父102° cm_3，霍爾遷移率為11.8 cm2/Vs0
權(quán)利要求
1.一種多層非晶透明導電薄膜，其特征在于包括襯底(1)，在襯底上交替沉積有η層非晶氧化物層和導電改性層，n ^ 2，其中奇數(shù)層為非晶氧化物層，或奇數(shù)層為導電改性層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多層非晶透明導電薄膜，其特征在于非晶氧化物層厚度為5 納米至100微米,導電改性層厚度為I納米至500納米。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多層非晶透明導電薄膜，其特征在于所述的非晶氧化物層為非晶態(tài)的 ZnSnO, InZnO, InffO 或 ΙηΧΖηΟ，其中 X 為 B、Al、Ga、Ti、Zr、Hf、Si、Ge、Sn、Be、Mg、 Ca、Sr、Ba 或 Cd。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多層非晶透明導電薄膜，其特征在于所述的導電改性層為 Cu、Ag、Au、Mg、Ti、Fe、Al 或石墨烯。
全文摘要
本發(fā)明公開的多層非晶透明導電薄膜，包括襯底，在襯底上交替沉積有n層非晶氧化物層和導電改性層，n≥2，其中奇數(shù)層為非晶氧化物層，或奇數(shù)層為導電改性層。采用脈沖激光沉積法或是磁控濺射法制備。本發(fā)明的多層非晶透明導電薄膜具有很低的電阻率，同時保持較高的可見光透過率，光電綜合性能優(yōu)異，而且表面粗糙度低，易于大面積均勻制備和工藝刻蝕，可應用于顯示器件、發(fā)光器件、太陽能電池等領域，特別是柔性器件領域。
文檔編號B32B9/04GK102582149SQ2012100392
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者葉志鎮(zhèn), 呂建國, 吳萍, 張 杰, 張焱 申請人:浙江大學