專(zhuān)利名稱(chēng)：一種透明導(dǎo)電薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電材料領(lǐng)域，尤其涉及一種利用磁控濺射法低溫制備透明導(dǎo)電薄膜的方法。
背景技術(shù)：
近幾年，柔性襯底透明導(dǎo)電膜的研究引起了世界各國(guó)的關(guān)注，因?yàn)槿嵝砸r底透明導(dǎo)電膜應(yīng)用前景可觀，它不但具有玻璃襯底透明導(dǎo)電膜的特點(diǎn)，而且還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)， 如可繞曲、重量輕、耐沖擊、易于大面積生產(chǎn)、便于運(yùn)輸?shù)?。在柔性發(fā)光器件、塑料液晶顯示器和塑料襯底的太陽(yáng)電池等中有廣泛的應(yīng)用前景。目前在應(yīng)用上絕大多數(shù)的透明導(dǎo)電薄膜材料都是使用摻錫氧化銦(Sn-doped In2O3，簡(jiǎn)稱(chēng)ITO薄膜)。雖然ITO薄膜是目前綜合光電性能優(yōu)異、應(yīng)用最為廣泛的一種透明導(dǎo)電薄膜材料，但是銦有毒，價(jià)格昂貴，穩(wěn)定性差，存在銦擴(kuò)散導(dǎo)致器件性能衰減等問(wèn)題，人們力圖尋找一種價(jià)格低廉且性能優(yōu)異的ITO替換材料。其中，摻鋁氧化鋅(Al-dopedZnO，簡(jiǎn)稱(chēng)AZO薄膜)以及摻銻氧化錫(Sb-doped SnO2，簡(jiǎn)稱(chēng)ATO薄膜)具有材料廉價(jià)，無(wú)毒，可以同ITO相比擬的電學(xué)和光學(xué)性能等特點(diǎn)，已成為最具競(jìng)爭(zhēng)力的透明導(dǎo)電薄膜材料。但AZO薄膜存在表面和晶粒間界氧吸附導(dǎo)致電學(xué)性能下降的問(wèn)題，而ATO在這方面正好可以彌補(bǔ)AZO的缺點(diǎn)。但據(jù)報(bào)道顯示，ATO又存在電阻過(guò)高， 難以刻蝕等問(wèn)題。二者的這些缺點(diǎn)，限制了它們的應(yīng)用范圍。AZO和ATO薄膜的復(fù)合體系， 期望其能夠同時(shí)具備二者的優(yōu)點(diǎn)而作為一種新型的透明導(dǎo)電材料，成為透明導(dǎo)電膜研究的一個(gè)新熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種利用低溫磁控濺射法制備復(fù)合型透明導(dǎo)電膜的方法，其設(shè)計(jì)方案包括如下步驟(1)，選用 Al2O3 ZnO=I 99 3. 5 96. 5 (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，優(yōu)選 Al2O3 ZnO =2 98粉體，經(jīng)過(guò)均勻混合后，高溫?zé)Y(jié)成AZO靶材；選用Sb2O3 SnO2 = 10 90 20 80 (摩爾比)，優(yōu)選Sb2O3 SnO2 = 15 85粉體，經(jīng)過(guò)均勻混合后，高溫?zé)Y(jié)成ATO靶材；0)，將步驟(1)中的得到AZO靶材與ATO靶材以及襯底裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體，用機(jī)械泵和分子泵把真空腔體的真空度抽至1. OX 10_3Pa 1. OX 之間，優(yōu)選 6. OXKT4Pa ；(3)，調(diào)整磁控濺射鍍膜工藝參數(shù)靶材(那個(gè)靶材？)如上與襯底間距為80 120mm，優(yōu)選60mm ；工作壓強(qiáng)0. 2 1. 5Pa，優(yōu)選1. OPa ；氫氣和氬氣混合氣(其中，氫氣的體積百分含量為3% 10% )的工作氣體流量15 25SCCm，優(yōu)選20sCCm，以及襯底預(yù)熱溫度控制在25°C 100°C進(jìn)行鍍膜沉積120min。本發(fā)明采用磁控濺射設(shè)備，通過(guò)氫氣的摻雜，在有機(jī)柔性襯底上實(shí)現(xiàn)了低阻透明導(dǎo)電膜的制備，得到薄膜可見(jiàn)光平均透過(guò)率大于85%，最低電阻率為9. 2 X 10_4 Ω -cm,可達(dá)到商用的指標(biāo)。


圖1為本發(fā)明透明導(dǎo)電膜制備方法的工藝流程圖；圖2是本發(fā)明含量為3%氫氣下制備得到復(fù)合薄膜的透射光譜圖；圖3是本發(fā)明氫氣含量為3%時(shí)，所制備得到的復(fù)合薄膜在不同溫度下使用48小時(shí)后的電阻率變化曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明于提供的一種利用低溫磁控濺射法制備復(fù)合型透明導(dǎo)電膜的方法，如圖1 所示，包括如下步驟Si，選用 Al2O3 ZnO = 1 99 3. 5 ;96· 5 (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，優(yōu)選 Al2O3 ZnO =2 98粉體，經(jīng)過(guò)均勻混合后，高溫?zé)Y(jié)成AZO靶材；選用Sb2O3 SnO2 = 10 90 20 80 (摩爾比)，優(yōu)選Sb2O3 SnO2 = 15 85粉體，經(jīng)過(guò)均勻混合后，高溫?zé)Y(jié)成ATO靶材；S2，將步驟Sl中的得到AZO靶材與ATO靶材以及襯底裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的腔體，用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽至1. OX 10’a 1. OX 之間，優(yōu)選 6. OXKT4Pa ；S3，調(diào)整磁控濺射鍍膜工藝參數(shù)ΑΖ0靶材和ATO靶材的中心連線(xiàn)到襯底的距離為 80 120mm，優(yōu)選90mm ；工作壓強(qiáng)0. 2 1. 5Pa，優(yōu)選1. OPa ；氫氣和氬氣混合氣(其中，氫氣的體積百分含量為3% 10% )的工作氣體流量15 25SCCm，優(yōu)選20sCCm ；，以及襯底預(yù)熱溫度控制在25°C 100°C進(jìn)行鍍膜120min。其中，步驟S3中，開(kāi)始鍍膜的沉積，其中AZO靶材的濺射功率設(shè)定為100W，ATO靶材的功率設(shè)定為120W進(jìn)行鍍膜沉積120min。采用本發(fā)明采用磁控濺射設(shè)備，通過(guò)氫氣的摻雜，在有機(jī)柔性襯底上實(shí)現(xiàn)了低阻透明導(dǎo)電膜的制備，得到薄膜可見(jiàn)光平均透過(guò)率大于85%，最低電阻率為9. 2Χ10_4Ω -cm, 可達(dá)到商用的指標(biāo)。下面是本方面制備方法的具體實(shí)施例實(shí)施例1選用Al2O3 ZnO = 1. 5 98. 5 (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))粉體，以及 SId2O3 SnO2 = 15 85 (摩爾比)粉體，分別經(jīng)過(guò)均勻混合后，于900°C燒結(jié)成Φ 50 X 2mm的AZO靶材、ATO 靶材，并將AZO靶材和ATO靶材裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體內(nèi)。然后，先后用丙酮、 無(wú)水乙醇和去離子水超聲清洗柔性襯底，并用高純氮?dú)獯蹈?，放入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體內(nèi)。把AZO靶材和ATO靶材的中心連線(xiàn)到襯底的距離設(shè)定為90mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到6. OX 10_4Pa，通入工作氣體流量為20sCCm的氫氣和氬氣的混合氣 (其中，氫氣含量為8 %，體積百分比)，壓強(qiáng)調(diào)整為1. OPa ；隨后開(kāi)始薄膜，且AZO靶材的濺射功率設(shè)定為100W，ATO靶材的功率設(shè)定為120W，于襯底預(yù)熱25°C下鍍膜沉積為120min， 得到AZTO薄膜，該AZTO薄膜的電導(dǎo)率為7. 2 ΧΙΟ—3 Ω · cm，可見(jiàn)光平均透過(guò)率88%。實(shí)施例2
選用Al2O3 ZnO= 1 99 (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))粉體，以及 Sb2O3 SnO2 = 10 90 (摩爾比)粉體，分別經(jīng)過(guò)均勻混合后，于1300°C燒結(jié)成Φ 50 X 2mm的AZO靶材、ATO靶材，并將AZO靶材和ATO靶材裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體內(nèi)。然后，先后用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水超聲清洗柔性襯底，并用高純氮?dú)獯蹈?，放入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體內(nèi)。 把AZO靶材和ATO靶材的中心連線(xiàn)到襯底的距離設(shè)定為80mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到1. 0X10_5Pa，通入工作氣體流量為25sCCm的氫氣和氬氣的混合氣(其中，氫氣含量為6%，體積百分比)，壓強(qiáng)調(diào)整為1. OPa ；隨后開(kāi)始薄膜的沉積，且AZO靶材的濺射功率設(shè)定為100W，ATO靶材的功率設(shè)定為120W，于襯底預(yù)熱50°C下鍍膜沉積為120min，得到 AZTO薄膜，該AZTO薄膜的電導(dǎo)率為6. 5 X IO"3 Ω · cm，可見(jiàn)光平均透過(guò)率83%。實(shí)施例3選用Al2O3 ZnO = 2 98 (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))粉體，以及 Sb2O3 SnO2 = 20 80 (摩爾比)粉體，分別經(jīng)過(guò)均勻混合后，于1250°C燒結(jié)成Φ50X2mm的AZO靶材、ATO靶材，并將 AZO靶材和ATO靶材裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體內(nèi)。然后，先后用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水超聲清洗柔性襯底，并用高純氮?dú)獯蹈桑湃氪趴貫R射鍍膜設(shè)備的真空腔體內(nèi)。把 AZO靶材和ATO靶材的中心連線(xiàn)到襯底的距離設(shè)定為120mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到1. 0X10_3Pa，通入工作氣體流量為25sCCm的氫氣和氬氣的混合氣(其中，氫氣含量為3%，體積百分比)，壓強(qiáng)調(diào)整為1. OPa ；隨后開(kāi)始薄膜的沉積，其中AZO靶材的濺射功率設(shè)定為100W，ATO靶材的功率設(shè)定為120W，于襯底預(yù)熱75°C下鍍膜沉積為120min，得到AZTO薄膜，該AZTO薄膜的電導(dǎo)率為9.2 X 10_4 Ω · cm，可見(jiàn)光平均透過(guò)率85%。實(shí)施例4選用Al2O3 ZnO = 3. 5 96. 5 (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))粉體，以及 SId2O3 SnO2 = 18 82(摩爾比)粉體，分別經(jīng)過(guò)均勻混合后，于1200°C燒結(jié)成Φ50Χ2πιπι的AZO靶材、 ATO靶材，并將AZO靶材和ATO靶材裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體內(nèi)。然后，先后用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水超聲清洗柔性襯底，并用高純氮?dú)獯蹈?，放入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體內(nèi)。把AZO靶材和ATO靶材的中心連線(xiàn)到襯底的距離設(shè)定為90mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到6. OX 10_4Pa，通入工作氣體流量為15sCCm的氫氣和氬氣的混合氣(其中，氫氣含量為10%，體積百分比)，壓強(qiáng)調(diào)整為1. OPa;隨后開(kāi)始薄膜的沉積，其中 AZO靶材的濺射功率設(shè)定為100W，AT0靶材的功率設(shè)定為120W，于襯底預(yù)熱100°C下鍍膜沉積時(shí)間為120min，得到AZTO薄膜，該AZTO薄膜的電導(dǎo)率為1. 2X 10_3Ω ·αιι，可見(jiàn)光平均透過(guò)率80%。上述實(shí)施例3中，當(dāng)氫氣含量為3%時(shí)所制備得到的復(fù)合薄膜，可見(jiàn)光平均透過(guò)率大于85%，電阻率為9. 2 X IO"4 Ω · cm,并且在80°C下連續(xù)使用48小時(shí)后的電阻變化率少于5%，已經(jīng)達(dá)到了多種商用透明導(dǎo)電膜的技術(shù)指標(biāo)，如圖2和3所示。圖2是含量為3%氫氣下制備得到復(fù)合薄膜的透射光譜圖；圖中所得樣品在可見(jiàn)光區(qū)的平均透過(guò)率均大于90% ；圖3是氫氣含量為3%時(shí)，所制備得到的復(fù)合薄膜在不同溫度下使用48小時(shí)后的電阻率變化曲線(xiàn)；圖中，襯底溫度80°C以下的電阻率變化率少于5%。應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的表述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟步驟Si，將Al2O3和ZnO按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)1 99 3. 5 96. 5混合、研磨后于900 1300°C燒結(jié)成AZO靶材，以及將Sb2O3和SnO2按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)10 90 20 80混合、研磨后于900 1300°C燒結(jié)成ATO靶材；步驟S2，將步驟Sl中得到的AZO靶材、ATO靶材以及襯底裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體，并將真空腔體的真空度設(shè)置在1. OX 1. OX 之間；步驟S3，調(diào)整磁控濺射鍍膜工藝參數(shù)為ΑΖ0靶材和ATO靶材的中心連線(xiàn)到襯底的距離為80 120mm，磁控濺射工作壓強(qiáng)0. 2 1. 5Pa，氫氣和氮?dú)饣旌蠚獾墓ぷ鳉怏w流量15 25sccm,以及襯底預(yù)熱溫度控制在25°C 100°C進(jìn)行鍍膜120min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟Sl中，Al2O3和ZnO按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)2 98。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟Sl中，Sb2O3和SnO2按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)15 85。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中，真空腔體的真空度設(shè)置在 6. 0Xl(T4Pa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中，襯底裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的腔體之前包括如下步驟將襯底先后用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水超聲清洗， 然后用高純氮?dú)獯蹈伞?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，AZO靶材和ATO靶材的中心連線(xiàn)到襯底的距離為90mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，磁控濺射工作壓強(qiáng)為 1. OPa0
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，工作氣體流量為 20sccmo
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的制備方法，其特征在于，所述工作氣體流量中，氫氣的體積百分含量為3% 10%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，還包括:ΑΖ0靶材的濺射功率設(shè)定為100W，AT0靶材的功率設(shè)定為120W，鍍膜沉積時(shí)間均為120min。
全文摘要
本發(fā)明屬于發(fā)光材料領(lǐng)域，其公開(kāi)了一種透明導(dǎo)電薄膜的制備方法，包括步驟，AZO靶材和ATO靶材的制備；將AZO靶材、ATO靶材以及襯底裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體，并抽真空；調(diào)整磁控濺射鍍膜工藝參數(shù)，進(jìn)行鍍膜處理。本發(fā)明采用磁控濺射設(shè)備，通過(guò)氫氣的摻雜，在有機(jī)柔性襯底上實(shí)現(xiàn)了低阻透明導(dǎo)電膜的制備，得到透明導(dǎo)電薄膜可見(jiàn)光平均透過(guò)率大于85％，最低電阻率為9.2×10-4Ω·cm，可達(dá)到商用的指標(biāo)。
文檔編號(hào)C23C14/35GK102560390SQ20101060249
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者周明杰, 王平, 陳吉星, 黃輝 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司