專利名稱：一種利用準(zhǔn)分子激光提高柔性azo薄膜光電性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電信息功能材料加工方法領(lǐng)域，具體為一種利用準(zhǔn)分子激光提高柔性AZO薄膜光電性能的方法。
背景技術(shù)：
透明導(dǎo)電氧化物薄膜是一種優(yōu)良的光電功能薄膜，它在可見光范圍內(nèi)具有高透過率，紅外區(qū)具有高反射率，并且具有接近金屬的低電阻率，這一系列優(yōu)點(diǎn)使其在電子信息產(chǎn)業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，如太陽能電池，平板顯示，紅外熱反射鏡等。透明導(dǎo)電氧化物薄膜種類很多，主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其復(fù)合多元氧化物薄膜材料，目前銦錫氧化物(ΙΤ0)薄膜研究最為廣泛，但是ITO薄膜材料稀少，價格昂貴，給ITO薄膜的廣泛應(yīng)用但來很大的不便。近幾年發(fā)現(xiàn)鋁摻雜氧化鋅(AZO)透明導(dǎo)電膜的光電性能與ITO薄膜性能相當(dāng)，且價格便宜，無毒，在氫等離子體等特殊場合下性能穩(wěn)定，ITO薄膜則無法相比，因此進(jìn)一步研究的空間很大，有望成為ITO薄膜的代替品。到目前為止透明導(dǎo)電薄膜的制備通常在玻璃襯底上沉積獲得，但玻璃襯底存在材質(zhì)脆、不易變形等缺點(diǎn)，因此在某些方面限制了透明導(dǎo)電薄膜的應(yīng)用。與在玻璃襯底上制備的透明導(dǎo)電薄膜相比，在柔性襯底上制備的透明導(dǎo)電薄膜具有可折疊、重量輕、不易碎、易于大面積生產(chǎn)、便于運(yùn)輸和設(shè)備投資少等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。這種薄膜可廣泛應(yīng)用于制造塑料液晶顯示器和柔性太陽能電池，可以從根本上解決玻璃襯底易碎的問題，利用其在紅外區(qū)的高反射率還可作為透明隔熱保溫材料用于塑料大棚、汽車玻璃和民用建筑玻璃貼膜等。隨著薄膜制備工藝的逐步成熟，柔性襯底透明導(dǎo)電薄膜有望獲得更加廣泛的應(yīng)用。但是與玻璃襯底相比柔性襯底一般都不耐高溫，因此薄膜的沉積需在低溫下進(jìn)行，然而太低的溫度不利于薄膜的結(jié)晶，對薄膜與襯底之間的附著力也有很大的影響。為了克服以上缺點(diǎn)，人們已做了許多嘗試對襯底材料進(jìn)行處理，其主要采用等離子體法或化學(xué)處理法。然而，這些方法會對柔性材`料的表面造成嚴(yán)重的物理和化學(xué)損傷，襯底的透過率明顯降低。此外用現(xiàn)有的沉積技術(shù)在柔性襯底上生長的AZO透明導(dǎo)電薄膜，由于必須在低溫下進(jìn)行，薄膜不易結(jié)晶，電阻率偏大，很難滿足工業(yè)的要求。而且AZO透明導(dǎo)電膜的沉積技術(shù)也受到了限制，一些成本低、操作工藝簡單，但必須經(jīng)過后續(xù)高溫退火的沉積技術(shù)得不到有效的利用。準(zhǔn)分子激光退火技術(shù)引進(jìn)，使退火溫度大幅度降低，將此難題解決，并且使各種制備技術(shù)被有效利用。在準(zhǔn)分子激光退火過程中，激光束照射到薄膜上使薄膜快速熔融并再結(jié)晶，由于時間極短，脈沖激光能量只會對薄膜表面產(chǎn)生影響，從而避免了高溫處理對襯底的損傷和長時間高溫加熱引起的襯底與薄膜間的雜質(zhì)擴(kuò)散。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種一種提高柔性鋁摻雜氧化鋅薄膜光電性能的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種利用準(zhǔn)分子激光提高柔性AZO薄膜光電性能的方法，其特征在于:采用柔性襯底，并在柔性襯底上制備鋁摻氧化鋅薄膜，利用準(zhǔn)分子激光退火裝置對鋁摻氧化鋅薄膜進(jìn)行退火處理，通過改變準(zhǔn)分子激光退火裝置出射激光束的參數(shù)來調(diào)節(jié)光束能量密度，從而使鋁摻氧化鋅薄膜達(dá)到最佳退火效果。所述的一種利用準(zhǔn)分子激光提高柔性AZO薄膜光電性能的方法，其特征在于:所述柔性襯底為柔性透明聚酯薄膜材料制成，優(yōu)選聚乙烯對苯二甲酯材料，或者是聚酰亞胺材料，或者是聚碳酸酯材料，或者是聚醚砜材料。所述的一種利用準(zhǔn)分子激光提高柔性AZO薄膜光電性能的方法，其特征在于:所述鋁摻雜氧化鋅薄膜通過現(xiàn)有AZO薄膜制備技術(shù)制備在柔性襯底上，優(yōu)選磁控濺射法，或者是脈沖激光沉積法，或者是溶膠凝膠法，或者是真空蒸鍍法。所述的一種利用準(zhǔn)分子激光提高柔性AZO薄膜光電性能的方法，其特征在于:所述準(zhǔn)分子激光退火裝置包括承載柔性襯底的基底、依次設(shè)置在基底上方的凸透鏡、光闌、光束均勻器、反射鏡，以及準(zhǔn)分子激光器和準(zhǔn)分子激光器的電源控制器，所述準(zhǔn)分子激光器的出射激光束光經(jīng)過反射鏡反射后，再依次經(jīng)過光束均勻器均勻、光闌調(diào)節(jié)、凸透鏡會聚至的柔性襯底上的鋁摻氧化鋅薄膜。所述的一種利用準(zhǔn)分子激光提高柔性AZO薄膜光電性能的方法，其特征在于:所述準(zhǔn)分子激光器優(yōu)選KrF激光器，或者是ArF激光器，或者是XeCl激光器，或者是XeF激光器。所述的一種利用準(zhǔn)分子激光提高柔性AZO薄膜光電性能的方法，其特征在于:所述光束均勻器由一組光楔組成。本發(fā)明方法不會對柔性襯底材料造成任何損傷，且能明顯提高鋁摻氧化鋅薄膜的光電性能。由于鋁摻氧化鋅薄膜晶化過程存在一個閾值條件，只有當(dāng)激光能量密度超過一定的閾值后，鋁摻氧化鋅薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和物性才會發(fā)生顯著變化，而能量密度過大鋁摻氧化鋅薄膜表面則會出現(xiàn)激光燒孔現(xiàn)象，因此本發(fā)明通過調(diào)節(jié)準(zhǔn)分子激光退火裝置的能量密度，在極短的時間內(nèi)薄膜表面達(dá)到很高的溫度且不損傷柔性襯底材料，提高了薄膜的結(jié)晶程度，從而大幅度降低了薄膜的電阻率。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有明顯的優(yōu)勢和有益效果:
(I)鋁摻氧化鋅薄膜材料經(jīng)過準(zhǔn)分子激光退火處理，消除了沉積過程中薄膜產(chǎn)生的晶格缺陷。(2)由于脈沖激光退火技術(shù)具有使材料快速升溫和冷卻的特點(diǎn)，從而避免了高溫處理過程對柔性襯底的損傷。(3)通過對激光能量密度的調(diào)整實(shí)現(xiàn)對鋁摻氧化鋅薄膜材料微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)整，使薄膜快速熔融并晶化，使薄膜光電性能得到明顯提高。(4)準(zhǔn)分子激光退火技術(shù)鋁摻氧化鋅薄膜的沉積在室溫下就可以進(jìn)行，從而使各種薄膜沉積技術(shù)得到有效的利用。


圖1準(zhǔn)分子激光退 火裝置的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2準(zhǔn)分子激光退火裝置中的經(jīng)過光束均勻器的光路示意圖。圖3準(zhǔn)分子激光退火裝置中的光束均勻器結(jié)構(gòu)示意圖。圖4準(zhǔn)分子激光退火裝置中的光束均勻器結(jié)構(gòu)A向投影圖。
具體實(shí)施例方式選取柔性PET襯底8，并進(jìn)行清洗；在PET襯底8上利用薄膜沉積技術(shù)生長一層鋁摻氧化鋅薄膜7 ;將生長有鋁摻氧化鋅薄膜7的PET襯底8放置于基座9上，利用準(zhǔn)分子激光退火對該薄膜進(jìn)行輻照。如圖1所示，準(zhǔn)分子激光退火裝置裝置包括:用于提供激光的準(zhǔn)分子激光器I ;用來調(diào)節(jié)電壓、脈沖頻率以及激光能量的電源控制器2 ;反射鏡3 ;將激光整形為正方形狀的光束均勻器4 ;將整形過的激光變成規(guī)定尺寸的方形光闌5 ;用來調(diào)整光斑大小的凸透鏡6 ；生長有鋁摻雜氧化鋅薄膜7的柔性PET基板8 ;承載該基板的基座9。在本發(fā)明的實(shí)施例裝置中使用KrF準(zhǔn)分子激光器l，KrF準(zhǔn)分子激光器I射出的激光束為矩形光斑，光斑大小為8_X20mm。由于激光器在用過一段時間后光斑會發(fā)散,光束的均勻性變差，光斑大小很難確定。所以在本發(fā)明的實(shí)施例裝置中在激光行程路線上加入光束均勻器4，光束均勻器4由四個光楔10組成，圖3為光束均勻器4的結(jié)構(gòu)圖，四個光楔10分兩面正交放置，圖4為圖3中裝置的A向投影圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的準(zhǔn)分子激光退火裝置中的經(jīng)過光束均勻器的光路示意圖，激光束經(jīng)過圖3所示結(jié)構(gòu)的光束均勻器4后，光束被分割成九部分并折向同一位置，光束能量變得更集中、更均勻，并且被整形為方形光斑。在方形光斑處加一所需尺寸的方形光闌5得到所需光斑，被整形光束最后經(jīng)過凸透鏡6被放大并直接照射到生長有鋁摻雜氧化鋅薄膜7的柔性基板8上進(jìn)行退火。退火所用的激光束的能量、脈沖頻率 由電源控制器2調(diào)節(jié)。方形尺寸的光斑大小便于測量，通過激光能量值就可以計算出能量密度大小。
權(quán)利要求
1.一種利用準(zhǔn)分子激光提高柔性AZO薄膜光電性能的方法，其特征在于:采用柔性襯底，并在柔性襯底上制備鋁摻氧化鋅薄膜，利用準(zhǔn)分子激光退火裝置對鋁摻氧化鋅薄膜進(jìn)行退火處理，通過改變準(zhǔn)分子激光退火裝置出射激光束的參數(shù)來調(diào)節(jié)光束能量密度，從而使鋁摻氧化鋅薄膜達(dá)到最佳退火效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用準(zhǔn)分子激光提高柔性AZO薄膜光電性能的方法，其特征在于:所述柔性襯底為柔性透明聚酯薄膜材料制成，優(yōu)選聚乙烯對苯二甲酯材料，或者是聚酰亞胺材料，或者是聚碳酸酯材料，或者是聚醚砜材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用準(zhǔn)分子激光提高柔性AZO薄膜光電性能的方法，其特征在于:所述鋁摻雜氧化鋅薄膜通過現(xiàn)有AZO薄膜制備技術(shù)制備在柔性襯底上，優(yōu)選磁控濺射法，或者是脈沖激光沉積法，或者是溶膠凝膠法，或者是真空蒸鍍法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用準(zhǔn)分子激光提高柔性AZO薄膜光電性能的方法，其特征在于:所述準(zhǔn)分子激光退火裝置包括承載柔性襯底的基底、依次設(shè)置在基底上方的凸透鏡、光闌、光束均勻器、反射鏡，以及準(zhǔn)分子激光器和準(zhǔn)分子激光器的電源控制器，所述準(zhǔn)分子激光器的出射激光束光經(jīng)過反射鏡反射后，再依次經(jīng)過光束均勻器均勻、光闌調(diào)節(jié)、凸透鏡會聚至的柔性襯底上的鋁摻氧化鋅薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用準(zhǔn)分子激光提高柔性AZO薄膜光電性能的方法，其特征在于:所述準(zhǔn)分子激光器優(yōu)選KrF激光器，或者是ArF激光器，或者是XeCl激光器，或者是XeF激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用準(zhǔn)分子激光提高柔性AZO薄膜光電性能的方法，其特征在于:所述光束均勻器 由一組光楔組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用準(zhǔn)分子激光提高柔性AZO薄膜光電性能的方法，利用準(zhǔn)分子激光器對柔性鋁摻雜氧化鋅(簡稱AZO)薄膜進(jìn)行激光退火，從而提高其光電性能的方法。該方法包括首先利用脈沖激光沉積等方法在柔性襯底上生長一層AZO薄膜，接著利用準(zhǔn)分子激光退火裝置對該薄膜進(jìn)行退火。本發(fā)明的特點(diǎn)是高功率脈沖激光束照射到AZO薄膜上，在極端的時間內(nèi)薄膜表面達(dá)到很高的溫度且不損傷柔性襯底材料，提高了薄膜的結(jié)晶程度，大幅度降低了薄膜的電阻率，使薄膜的光電性能得到改善。
文檔編號C23C14/58GK103074593SQ201210585439
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者邵景珍, 方曉東, 董偉偉, 鄧贊紅 申請人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所