專利名稱：用于在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電薄膜的濺射鍍膜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電薄膜的濺射鍍膜裝置，具體涉及一種用于在基于石墨烯的電容式觸摸屏的石墨烯薄膜上生成TCO透明導(dǎo)電薄膜的濺射鍍膜裝置，屬于透明導(dǎo)電電極膜層制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
透明導(dǎo)電薄膜是生產(chǎn)液晶顯示器、OLED顯示器、薄膜太陽能電池、觸摸屏、電磁屏蔽等產(chǎn)品所必需的部件。近年來，隨著信息技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展，透明導(dǎo)電薄膜的市場需求越來越大。所述透明導(dǎo)電薄膜必須同時滿足兩種條件:①對可見光(波長λ在380 760nm范圍內(nèi))的透射率高，可見光的平均透過率Tavg > 80% ;②電導(dǎo)率高，電阻率在10_3Ω -cm以下，才能使用在透明導(dǎo)電膜電極上。常用的膜層為CVD (化學(xué)氣相沉積)方式鍍制的FTO (摻氟的氧化錫)，PVD (物理氣相沉積)方式鍍制的ITO (氧化銦錫)、AZO (摻鋁的氧化鋅)等膜層。所述PVD方式主要為濺射鍍膜方式?，F(xiàn)有的單片電容式觸摸屏(圖1為現(xiàn)有技術(shù)的單片電容式觸摸屏的結(jié)構(gòu)示意圖)包含基片100、透明導(dǎo)電電極層101、金屬電極層102，其中，透明導(dǎo)電電極層101常用ITO膜層。雖然由現(xiàn)有的工藝生產(chǎn)的ITO薄膜具有高導(dǎo)電性和透明度，能基本滿足部分電子產(chǎn)品對該兩項技術(shù)指標(biāo)的需要，但是仍存在很多難以克服的困難=(I)ITO很脆易碎，因此應(yīng)用時容易被磨損或者在彎曲時出現(xiàn)裂紋、脫落而影響使用壽命。(2)IT0成膜后需要高溫處理才能達(dá)到高導(dǎo)電性，當(dāng)使用塑膠基片時，由于處理溫度受限，薄膜導(dǎo)電性和透明度均較低。(3)受原材料、生產(chǎn)設(shè)備和工藝的影響，ITO薄膜將會越來越昂貴。這是因為一方面，ITO的主要成分是銦，其儲量非常有限，目前的全球年產(chǎn)約為500噸；另一方面，ITO的成膜工藝必須使用高質(zhì)量的ITO靶材，成膜所需的高質(zhì)量ITO靶材生產(chǎn)技術(shù)又主要控制在日本、美國、歐洲等國家。以上技術(shù)缺陷和未來市場走向使發(fā)展新材料來取代ITO成為工業(yè)界急需解決的課題，而TCO膜層中的FTO和AZO成為了替代ITO材料的首選，另外石墨烯也是一種潛在的優(yōu)質(zhì)替代材料。FTO的導(dǎo)電性比ITO略差，卻具備激光刻蝕容易、光學(xué)性能適宜、容易在鍍膜過程中直接得到絨面結(jié)構(gòu)、價格相對低等優(yōu)點。因此，目前FTO已經(jīng)成為生產(chǎn)非晶硅薄膜光伏電池的主要TCO玻璃原料，但由于其導(dǎo)電性能較差，還沒有在顯示行業(yè)如觸摸屏產(chǎn)品中得到應(yīng)用。而且FTO膜層需要高溫制作，設(shè)備投入巨大，往往是在浮法玻璃公司進(jìn)行在線生產(chǎn)。AZO (鋁摻雜的氧化鋅)薄膜具有原料廉價、無毒、光電性能與ITO相近、性價比優(yōu)異、易于制備、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點。一般使用濺射方式的PVD設(shè)備制作AZO膜層，且制作過程需要高溫處理；因為基片上的膜層在高溫情形下才能形成結(jié)晶，消除AZO膜層的內(nèi)部缺陷。而高溫處理則需要設(shè)備零部件能夠承受高溫且長期運行穩(wěn)定，這樣會導(dǎo)致設(shè)備投入成本、維護(hù)成本增加，且設(shè)備狀態(tài)難以穩(wěn)定。而制作出來的AZO電阻率往往在10_3Ω._數(shù)量級，無法達(dá)到前電極101所需要的10_4Ω.cm數(shù)量級，因此在顯示行業(yè)沒有得到廣泛的應(yīng)用。另一種可以作為透明導(dǎo)電電極的材料為石墨烯材料，石墨烯具有作為透明導(dǎo)電材料的極佳性能，具體表現(xiàn)為:(I)石墨烯的透過率在可見光波段與波長無關(guān)。因此，可見光透過率因波長不同而引起的變化較少，透射光譜幾乎為平坦?fàn)顟B(tài)。(2)石墨烯的色調(diào)完全無色。導(dǎo)電薄膜越是無色就越容易在觸摸顯示屏上忠實地再現(xiàn)圖像顏色。(3)石墨烯具有高達(dá)97.4%的透射率。(4)石墨烯的在透過率維持在95%范圍內(nèi)時，方塊電阻仍可達(dá)到125Ω/ □，已經(jīng)達(dá)到了工業(yè)界透明電極的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(20(Γ900Ω/ 口)。本領(lǐng)域公知地，在透明導(dǎo)電材料中，光線透過率與方塊電阻值之間存在此消彼長的關(guān)系，即:為了降低方塊電阻而增加石墨烯薄膜的厚度，透過率會隨之下降；相反，為了提高光線透過率而減薄膜厚，方塊電阻值就會上升。所以，在保證透光率的前提下，通過適當(dāng)增加石墨烯膜厚及摻雜等技術(shù)途徑，將導(dǎo)電膜的方塊電阻降至最低，在這方面石墨烯具有很大的潛力。但在實際應(yīng)用當(dāng)中，因為石墨稀導(dǎo)電層本身僅有2 3個置層,厚度僅為Inm左右，所以膜層附著性與抗摩擦性很差。在后道制程加工過程中，極易受到外界因素的破壞。為了對其進(jìn)行保護(hù)，目前的做法是石墨烯薄膜表面加貼一層PET材質(zhì)的保護(hù)膜層，但PET保護(hù)膜層會造成膜層本身的透過率下降。同時，加貼的PET保護(hù)膜不能進(jìn)行激光刻蝕，所以在成膜后，激光刻蝕前的這段制程當(dāng)中，石墨烯薄膜沒有保護(hù)，極易出現(xiàn)破損。為了克服石墨烯易于脫落和/或易于破損的問題，可以將石墨烯薄膜與TCO材料(如ΑΖ0，F(xiàn)TO材料)相互結(jié)合，形成優(yōu)勢互補(bǔ)，制備出一種具有基片/石墨烯/TCO結(jié)構(gòu)的透明導(dǎo)電電極膜層，即利用石墨烯膜層的高透過率、高電導(dǎo)率來降低TCO膜層的電阻率，保持高透過率；利用TCO膜層提高石墨烯透明導(dǎo)電膜層的附著性，并對石墨烯薄膜進(jìn)行保護(hù)，既避免了石墨烯易脫落破損的問題，又解決了 TCO膜層電阻率過高的問題，從而得到一種性能優(yōu)異的透明導(dǎo)電電極膜層，如在先申請CN201210490570.4公開的用于電容式觸摸屏的透明導(dǎo)電膜層。
`[0013]TCO膜層一般使用濺射方式的PVD設(shè)備制作?，F(xiàn)有技術(shù)的濺射鍍膜裝置包括:真空腔體104 (也稱為真空室)、靶105、基片106 (圖2是現(xiàn)有技術(shù)的濺射鍍膜裝置示意圖)。真空腔體104提供一個真空環(huán)境，在濺射鍍膜過程中接地，同時為陽極；靶105為濺射鍍膜方式中的陰極；基片106在濺射鍍膜方式中可以有三種方式:接地、懸浮或單獨接某一電位(即為偏壓)。濺射鍍膜的機(jī)理為:在一定真空條件下通入Ar氣，給靶、真空室壁加上正負(fù)電形成電場，形成輝光放電。輝光放電時電子在電場作用下變成高能電子(電場電勢越高，電子能量越高);高能電子碰撞Ar原子，使Ar原子電離成正離子(即Ar+離子)以及二次電子；二次電子在電場作用下也變成高能電子，會繼續(xù)碰撞Ar原子產(chǎn)生電離，從而繼續(xù)產(chǎn)生更多的Ar+離子和二次電子；如此循環(huán)即形成“雪崩”。Ar原子發(fā)生電離時，其內(nèi)部的電子發(fā)生躍遷，此時可觀察到真空腔體104內(nèi)，在濺射靶和基片之間形成光芒，光芒越強(qiáng)處發(fā)生電離越多，此時空間形成等離子體。Ar+離子在電場作用下飛向靶面(由于靶為陰極，帶負(fù)電位)，并碰撞靶材表面，濺射出靶材粒子；靶材粒子飛向基片，并在基片上沉積形成一層薄膜。在現(xiàn)有的濺射鍍膜裝置中，真空腔體104接地，電位為O ;靶105接負(fù)極，電位Ul —般為-30(T-500V，最低時為-1OOV左右，最高時為-600V (僅對AZO薄膜而言);基片106接地、或懸浮或接某一電位，在鍍制TCO薄膜時，基片106 —般是接地或懸浮?；?06懸浮時其電位為-5疒-20V之間。這樣基片就放置在靶105和陽極(指真空腔體)之間，電子在電位差的作用下立即變成高能電子，使Ar原子電離，之后產(chǎn)生“雪崩”，最終使靶材原子被濺射出來，沉積到基片上。采用現(xiàn)有技術(shù)在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電電極膜層，極易對石墨烯薄膜造成刻蝕，而且所得TCO膜層存在錯位、空穴等缺陷?，F(xiàn)有技術(shù)中，為了降低TCO的電阻率，一般采用高溫處理，但是高溫處理時基片需要承受較高的溫度，設(shè)備零部件也長期承受較高的溫度。同時，高溫處理使基片表面的溫度的均勻性不好，導(dǎo)致基片的電阻率不均勻。因此需要研發(fā)一種在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電薄膜的制備技術(shù)使用的濺射鍍膜裝置，所述的濺射鍍膜裝置可以制備出具有基片/石墨烯/TCO結(jié)構(gòu)，且性能優(yōu)異的透明導(dǎo)電電極膜層。可以此透明導(dǎo)電電極膜層替代現(xiàn)有電容式觸摸屏中的ITO膜層，實現(xiàn)降低生廣成本和提聞廣品性能的目的。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的在于提供一種用于在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電薄膜的濺射鍍膜裝置，基于所述的濺射鍍膜裝置，可以在石墨烯薄膜上濺射鍍膜，生成透明導(dǎo)電薄膜，制備出如基片/石墨烯/TCO的結(jié)構(gòu)?；谒龅臑R射鍍膜裝置，在石墨烯薄膜上生長透明導(dǎo)電薄膜的方法，應(yīng)當(dāng)不破壞石墨烯薄膜的晶格結(jié)構(gòu)，同時還應(yīng)當(dāng)能夠減少TCO膜層當(dāng)中的缺陷，從而降低電阻率，制備出性能優(yōu)異的透明導(dǎo)電電極膜層，替代現(xiàn)有ITO材料，實現(xiàn)降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品性能的目的。本實用新型是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:現(xiàn)有的濺射鍍膜裝置包括真空腔體、靶材和基片，所述真空腔體接地，靶材接負(fù)電，基片接正電、懸空或接地，本實用新型提供的用于在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電薄膜的濺射鍍膜裝置對現(xiàn)有的濺射鍍膜裝置進(jìn)行改進(jìn)，在所述靶材和基片之間設(shè)中性原子可通過的陽極裝置，所述陽極裝置的電位高于基片。圖3為本實用新型提供的濺射鍍膜裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。本實用新型提供的一種用于在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電薄膜的濺射鍍膜裝置，包括真空腔體、靶材和基片，所述基片與真空腔體連接，真空腔體接地，所述濺射鍍膜裝置還包括設(shè)置在靶材和基片之間的中性原子可通過的陽極裝置和電壓輸出裝置；其中，所述電壓輸出裝置的低壓輸出端接靶材，高壓輸出端接陽極裝置。所述的陽極裝置的材料選自本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何一種能夠用作電極的材料，典型但非限制性的實例有鐵、不銹鋼、銀、銅、鋁、金等。通過本實用新型提供的濺射鍍膜裝置在石墨烯薄膜上濺射鍍制TCO薄膜，能夠達(dá)到防止TCO膜層生長過程中對石墨烯薄膜的刻蝕作用，減少或消除濺射鍍制的TCO電極膜層的內(nèi)在缺陷，降低電極的電阻率，其機(jī)理如下:首先，在真空磁控濺射中，當(dāng)氬離子(Ar+)等正離子轟擊TCO靶材的過程中，會轟擊出Sn、Al、Zn、0等中性原子，這些中性原子運動到石墨烯薄膜表面，相互結(jié)合沉積下來形成TCO膜層；但是在轟擊靶材的過程中還會產(chǎn)生一定量的氧負(fù)離子(0_)，這些0_離子在陰極靶材-20(T-600V電壓的加速下會飛向基片，轟擊石墨烯膜層和已沉積的膜層，不僅容易蝕刻極薄的石墨烯薄膜(0.3^2nm),而且會對已沉積的TCO膜層造成大量的損傷，使得TCO膜層上形成錯位、空穴等缺陷，從而導(dǎo)致膜層電阻率提高。在本實用新型所述的濺射鍍膜裝置中，基片和靶材之間，設(shè)置電位高于基片的陽極裝置。氬離子轟擊靶材產(chǎn)生的O—離子在到達(dá)基片之前，被陽極裝置吸引，而碰撞到陽極裝置后失去電子變成電中性，從而解決了負(fù)離子對石墨烯膜層和已沉積的TCO膜層的碰撞，保護(hù)了石墨烯薄膜，減少了膜層產(chǎn)生的錯位、空穴等缺陷，以降低基片的電阻率。陽極裝置僅需吸引負(fù)離子即可，不能把靶材濺射出來的粒子全部擋住，從而導(dǎo)致基片上無法沉積膜層；所以陽極裝置設(shè)為中性原子可通過的裝置。陽極裝置只需保證帶有正電即可保證負(fù)離子被吸附，而陽極裝置只需保證有通道連通基片和靶材即可保證中性粒子通過，陽極裝置的具體形狀本實用新型不做具體限定。典型但非限制性的陽極裝置有:帶正電的“田”形陽極裝置；帶正電的“X”形陽極裝置；帶正電的“回”形陽極裝置；帶正電的“O”形陽極裝置；帶正電的“#”形陽極裝置；帶正電的“◎”形陽極裝置；帶正電的“☆”形陽極裝置中的任意I種或至少2種的組合。本實用新型所述的陽極裝置的電位比基片電位高0-10V，優(yōu)選2-10V，例如0.3V、1.4V、2.2V、2.8V、3.2V、3.6V、4.0V,4.7V、5.3V、5.8V、6.4V、7.1V,7.7V、8.4V、8.9V、9.6V 等。所述陽極裝置的電位至少應(yīng)當(dāng)比基片的電位高，因此，本實用新型“所述的陽極裝置的電位比基片電位高0-10V”的范圍內(nèi)并不包括0V。優(yōu)選地，所述陽極裝置與基片間的距離是靶材與基片間距離的10%_30%，例如11%、14%、16%、22%、24%、26%、28% 等，優(yōu)選 10%_15%。作為本實用新型的一個實施方式，本實用新型所述的濺射鍍膜裝置中，在靶材和基片之間設(shè)兩個以上的 陽極棒，所述陽極棒的排布面與基片平行，所述陽極棒的電位高于基片。本實用新型對陽極棒的數(shù)量不做具體限定，優(yōu)選地，所述陽極裝置為2-10根陽極棒，所述陽極棒的排布面與基片平行。典型但非限制性的陽極裝置的實例為3根陽極棒、4根陽極棒、5根陽極棒、6根陽極棒、7根陽極棒、8根陽極棒、9根陽極棒、10根陽極棒等。本實用新型對陽極棒的截面不做具體限定，本實用新型可以根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇，形狀可以是圓形、三角形、正方形、長方形、橢圓形等等，截面的大小也可根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇，只需保證中性粒子能夠通過，負(fù)電離子被陽極裝置吸附即可。優(yōu)選地，所述陽極棒的排布面與基片間的距離是靶材與基片間距離的10%_30%，例如 11%、14%、16%、22%、24%、26%、28% 等，優(yōu)選 10%_15%。為了保證鍍膜的均勻性，降低整片基片上的TCO膜層的電阻率，克服基片的電阻率不均勻的問題，本實用新型所述陽極裝置優(yōu)選具有中空的腔體，所述中空腔體的腔壁上開有出氣孔，出氣孔上裝有氣流分散器，所述中空的腔體內(nèi)通入氬氣，并將氬氣分散在真空室中，以便實現(xiàn)鍍膜時氣氛的均勻性，達(dá)到基片上的TCO膜層均勻一致。本實用新型所述的“將氬氣分散在真空室”的過程是本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易想到的，例如可以在真空腔體上設(shè)置氣孔，本實用新型不做具體限定。優(yōu)選地，本實用新型所述陽極裝置為2-10根中空管，例如3根中空管、5根中空管、7根中空管、8根中空管、9根中空管等；氬氣通過中空管分散在真空室中；所述中空管的排布面與基片平行。優(yōu)選地，所述中空管的排布面與基片間的距離是靶材與基片間距離的10%_30%，例如 11%、14%、16%、22%、24%、26%、28% 等，優(yōu)選 10%_15%。作為最優(yōu)選技術(shù)方案，本實用新型所述陽極棒為一端封堵的空心管，所述空心管朝向靶材方向的管壁上開有出氣孔，出氣孔裝有氣流分散器。本實用新型對陽極棒上的出氣孔的個數(shù)沒有限定，只需要保證Ar氣體能夠均勻分散流出，分散在真空腔體中即可，典型但非限制性地，陽極棒上出氣孔的個數(shù)為3-10個，例如在陽極棒上出氣孔II的個數(shù)為4、
5、6、7、8、9 等。優(yōu)選地，所述氣流分散器包括氣體流通部件和氣體噴出部件，所述氣流流通部件與出氣孔相連接，氣體噴出部件上分布有多個噴孔。優(yōu)選地，所述氣體噴出部件為花灑狀噴頭。優(yōu)選地，所述噴孔同心分布，且呈球面均勻分布。優(yōu)選地，所述噴孔的孔徑為0.3-lmm,例如 0.31mm、0.37mm、0.45mm、0.49mm、
0.57mm、0.65mm、0.7mm、0.77mm、0.79mm、0.84mm、0.92mm、0.97mm 等，優(yōu)選 0.3-0.5mm。優(yōu)選地，所述噴孔的孔間距為0.4-1.2mm,例如 0.42mm、0.48mm、0.53mm、0.58mm、
0.65mm、0.72mm、0.79mm、0.85mm、0.93mm、0.99mm、1.03mm、1.06mm、1.1mm、1.13mm、1.16mm、
1.19mm 等，優(yōu)選 0.4-0.8mm。Ar氣從空心管未封堵的一頭進(jìn)入，經(jīng)過氣流分散器向靶材一面的四周均勻分散開進(jìn)入真空腔體。在通入Ar氣體的過程中，空心管的出氣孔上配置了氣流分散器，以實現(xiàn)每一出氣孔的氣流大小的一致性；同時氣流分散器還可以實現(xiàn)氣體流出時在空間范圍內(nèi)能夠快速的均勻散開，以快速達(dá)到均勻鍍膜的氣氛。氣體在空心管未封堵一頭進(jìn)入，從出氣孔上配置的氣流分散器噴孔流出，由于氣流分散器上的噴孔同心分布，且呈球面均勻分布，可以實現(xiàn)氣流向空間流出時是均勻分散的，更加利于均勻鍍膜。優(yōu)選地，本實用新型所述電壓裝置的低壓輸出端的電壓為-20(T-600V，例如-202V、-216V、-245V、-278V、-298V、-324V、-365V、-390V、-423V、-445V、-487V、-520V、-538V、-566V、-585V等；所述電壓裝置的高壓輸出端的電壓為(T+10V，例如-5.2V、-5.8V、_9.6V、_11.4V、_1
4.5V、-18V、-19.3V、-19.6V。利用本實用新型提供的濺射鍍膜裝置，在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電薄膜的濺射鍍膜方法，可以包括如下步驟:(I)在真空腔體內(nèi)，將覆有石墨烯薄膜的基片安裝在靶材的相對的一側(cè)；(2)排除真空腔體內(nèi)的空氣，通入氬氣，保持真空腔體內(nèi)的壓力為0.4-0.6Pa，例如
0.41Pa、0.47Pa、0.5Pa、0.53Pa、0.58Pa 等，優(yōu)選 0.5Pa ；(3)給靶接通負(fù)電壓，真空腔體的室壁接地，基片與地絕緣保持負(fù)電壓，陽極裝置接地或接通大于或等于基片電位的電壓，電場作用下進(jìn)行濺射鍍膜，得到覆有TCO膜層的石墨烯薄膜；其中陽極裝置的電位比基片的電位高2-10V。利用本實用新型提供的濺射鍍膜裝置可以在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電薄膜，優(yōu)選在石墨烯薄膜上生成TCO透明導(dǎo)電薄膜，進(jìn)一步優(yōu)選在石墨烯薄膜上生成AZO透明導(dǎo)電薄膜或FTO透明導(dǎo)電薄膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下有益效果:(I)本實用新型在所述靶材和基片之間設(shè)中性原子可通過的陽極裝置，能夠吸附Ar+離子等等離子體轟擊TCO靶材的過程中形成的O—離子，避免了 O—離子轟擊基片表面的石墨烯薄膜，導(dǎo)致石墨烯薄膜被刻蝕的問題；并解決了已沉積TCO膜層易錯位、有空穴等的缺陷，實現(xiàn)了在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電電極膜層并且不破壞石墨烯膜層的目標(biāo)；(2)本實用新型通過對陽極裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇，使得陽極裝置同時能夠起到輸送Ar氣體的作用，并進(jìn)一步地能夠均勻分散Ar氣體在真空腔體內(nèi)，從而達(dá)到均勻鍍膜的氣氛，實現(xiàn)均勻鍍膜，減小透明導(dǎo)電膜的電阻率的作用；(3)利用本實用新型提供的濺射鍍膜裝置制備透明導(dǎo)電薄膜膜層的方法，工藝簡單，成本低，所得產(chǎn)品性能優(yōu)異。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的單片電容式觸摸屏的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的濺射鍍膜裝置示意圖；圖3是本實用新型所述濺射鍍膜裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型一種實施方式所述正極裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實用新型一種實施方式所述陽極棒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實用新型一種實施方式所述氣體分散器的剖面示意圖；圖7是本實用新型一種實施方式所述氣體分散器的B向示意圖；其中，100:基片；101:透明導(dǎo)電電極層；102:金屬電極層；104:真空腔體；105:靶材；106:基片；U1:靶材所接電壓；U2:基片所接電壓；U3:陽極裝置所接電壓；107-1:陽極棒；107_2:端頭螺絲；107_3:氣流分散器；107_3a:氣體流通部件；107-3b:氣體噴出部件；107-3c:噴孔。
具體實施方式
為便于理解本實用新型，本實用新型列舉實施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實施例僅僅是幫助理解本實用新型，不應(yīng)視為對本實用新型的具體限制。實施例1—種用于在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電薄膜的濺射鍍膜裝置，包括真空腔體104、靶材105和基片106，所述靶材105接負(fù)電Ul (-300V)，基片106接電壓U2 (+15V)，所述靶材105和基片106之間設(shè)中性原子可通過的陽極裝置107，結(jié)構(gòu)如圖3所示(圖3是本實施例所述濺射鍍膜裝置的結(jié)構(gòu)示意圖)，所述陽極裝置為鋁材質(zhì)，且接電壓U3 (+20V);所述靶材與基片間距離為10cm，所述陽極裝置與基片間的距離是3cm，為靶材與基片間距離的30% ；所述陽極裝置為設(shè)計成空心氣管的4根陽極棒107，所述陽極棒107包含氣管107-1、端頭螺絲107-2、氣流分散器107-3，陽極棒107處于懸浮狀態(tài)或與真空腔室104連接，且陽極棒107的一端與氬氣相通，另一端封堵，所述陽極裝置如圖4所示(圖4是實施例1所述正極裝置的結(jié)構(gòu)示意圖)。本實施例所述陽極棒的結(jié)構(gòu)如圖5所示(圖5是本實施例所述陽極棒的結(jié)構(gòu)示意圖)。Ar氣從氣管107-1的一頭進(jìn)入，經(jīng)過氣流分散器107-3向四周均勻分散開，之后進(jìn)入真空腔體。在此過程中，端頭螺絲107-2可以堵住氣管內(nèi)的氣體向氣管的另一頭流出；氣管107-1上配置了若干個氣流分散器107-3，這樣可以實現(xiàn)每一處氣流的大小是一致的；而氣流分散器107-3可以實現(xiàn)氣體流出時在空間范圍內(nèi)均勻散開，達(dá)到均勻鍍膜氣氛的目的；其中，氣流分散器107-3包括氣體流通部件107_3a和氣體噴出部件107_3b (圖6是本實施例所述氣體分散器的正視圖；圖7是本實施例氣體分散器的左視圖)。如圖6所示，箭頭為氣流方向，氣體從左側(cè)的氣體流通部件107-3a進(jìn)入，經(jīng)過氣體噴出部件107-3b的若干噴孔107-3C流出；這些噴孔107-3C是同心分散孔，且呈球面均勻分布。如圖7所示，若干噴孔107-3C是呈球面方式均勻分布的，這樣能夠保證氣流向空間流出時是均勻分散的。其中，所述噴孔的孔徑為0.5mm,噴孔的孔間距為0.6mm ；本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，圖6、圖7僅為示意圖，所以噴孔的個數(shù)不多，位置也僅畫在了氣體噴出部件的中心部位；實際的氣體流出部件可根據(jù)要求(噴孔同心分布，且呈球面均勻分布)進(jìn)行孔位的分布設(shè)計。實施例2一種用于在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電薄膜的濺射鍍膜裝置，主要結(jié)構(gòu)與實施例1相同，僅靶材接負(fù)電壓-100V，基片接電壓+5V，陽極裝置接電壓+12V，所述靶材與基片間距離為8cm，所述陽極裝置與基片間的距離是1.2cm，為靶材與基片間距離的15% ；所述氣流分散器的噴孔的孔徑為0.3mm,噴孔的孔間距為0.4_。實施例3一種用于在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電薄膜的濺射鍍膜裝置，主要結(jié)構(gòu)與實施例1相同，僅靶材接負(fù)電壓-600V，基片接電壓+20V，陽極裝置接電壓+2IV，所述靶材與基片間距離為6cm，所述陽極裝置與基片間的距離是2.7cm，為靶材與基片間距離的45% ；所述氣流分散器的噴孔的孔徑為1_，噴孔的孔間距為1.2_。實施例4一種用于在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電薄膜的濺射鍍膜裝置，主要結(jié)構(gòu)與實施例1相同，僅陽極裝置為“田”型鋁金屬架，金屬架的每條橫置金屬棒和豎置金屬棒的距離相同；靶材接負(fù)電壓-200V，基片接電壓+10V，陽極裝置接電壓+20V，所述靶材與基片間距離為7cm，所述陽極裝置與基片間的距離是2cm，為靶材與基片間距離的28% ；所述陽極棒為一端封堵的空心管，所述空心管朝向靶材方向的管壁上開有出氣孔I，保證通入的氬氣能在流出時均勻散開；所述出氣孔I均勻分布在空心管朝向基片靶材方向的半圓柱面上；所述出氣孔I的孔徑為0.3mm,所述出氣孔I的孔間距為0.4mm。實施例5一種用于在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電薄膜的濺射鍍膜裝置，主要結(jié)構(gòu)與實施例4同，僅陽極裝置為“#”金屬架，金屬架的每條橫置金屬棒和豎置金屬棒的距離相同；靶材接負(fù)電壓-500V，基片接地，陽極裝置接電壓+8V，所述靶材與基片間距離為10cm，所述陽極裝置與基片間的距離是2cm，為靶材與基片間距離的20% ；[0087]所述陽極棒為一端封堵的空心管，所述空心管朝向靶材方向的管壁上開有出氣孔I，保證通入的氬氣能在流出時均勻散開；所述出氣孔I均勻分布在空心管朝向靶材方向的半圓柱面上；所述出氣孔I的孔徑為1mm，所述出氣孔I的孔間距為1.2mm。實施例6一種用于在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電薄膜的濺射鍍膜方法，所述方法采用如實施例I所述的濺射鍍膜裝置進(jìn)行，包括如下步驟:(I)在真空腔體內(nèi)，將覆有石墨烯薄膜的基片放置在靶材的相對一側(cè)的基片架上； (2)排除真空腔體內(nèi)的空氣，通入氬氣，保持真空腔體內(nèi)的壓力為0.4atm ；(3)給靶接通負(fù)電壓，真空腔體的室壁接通第一正電壓，陽極裝置接通第二正電壓，電場作用下進(jìn)行濺射鍍膜，得到覆有TCO膜層的石墨烯薄膜；其中第二正電壓比第一正電壓的電位高2V。給AZO靶材接通負(fù)電壓，真空腔體的室壁接通正電壓，電場作用下，形成Ar+離子，Ar+離子轟擊靶材濺射出O原子、Al原子、Zn原子和少量0_離子；0_離子被帶正電的陽極裝置吸附，無法到達(dá)基片；而靶材原子被濺射到覆有石墨烯薄膜的基片上，形成結(jié)構(gòu)為基片/石墨烯薄膜/AZO的透明導(dǎo)電薄膜；性能測試:制備得到的結(jié)構(gòu)為基片/石墨烯薄膜/AZO的透明導(dǎo)電薄膜的電阻率。實施例7—種用于在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電薄膜的濺射鍍膜方法，所述方法采用如實施例4所述的濺射鍍膜裝置進(jìn)行，步驟與實施例6相同，僅真空腔內(nèi)的壓力位0.5atm最后得到結(jié)構(gòu)為基片/石墨烯薄膜/AZO的透明導(dǎo)電薄膜；性能測試:制備得到的結(jié)構(gòu)為基片/石墨烯薄膜/AZO的透明導(dǎo)電薄膜的電阻率。實施例8一種用于在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電薄膜的濺射鍍膜方法，所述方法采用如實施例I所述的濺射鍍膜裝置進(jìn)行，包括如下步驟:(I)在真空腔體內(nèi)，將覆有石墨烯薄膜的基片放置在靶材的相對一側(cè)的基片架上；(2)排除真空腔體內(nèi)的空氣，通入氬氣，保持真空腔體內(nèi)的壓力為0.6atm ；(3)給靶接通負(fù)電壓，真空腔體的室壁接通第一正電壓，陽極裝置接通第二正電壓，電場作用下進(jìn)行濺射鍍膜，得到覆有TCO膜層的石墨烯薄膜；其中第二正電壓比第一正電壓的電位高IOV ；給FTO靶材接通負(fù)電壓，真空腔體的室壁接通正電壓，電場作用下，形成Ar+離子，Ar+離子轟擊靶材濺射出O原子、Sn原子、F原子和少量0_離子；0_離子被帶正電的陽極裝置吸附，無法到達(dá)基片；而靶材原子被濺射到覆有石墨烯薄膜的基片上，形成結(jié)構(gòu)為基片/石墨烯薄膜/FTO的透明導(dǎo)電薄膜；性能測試:制備得到的結(jié)構(gòu)為基片/石墨烯薄膜/AZO的透明導(dǎo)電薄膜的電阻率。對比例采用現(xiàn)有技術(shù)的濺射鍍膜裝置進(jìn)行在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電薄膜的方法，包括如下步驟:[0109](I)在真空腔體內(nèi)，將覆有石墨烯薄膜的基片放置在靶材的相對一側(cè)的基片架上；(2)排除真空腔體內(nèi)的空氣，通入氬氣，保持真空腔體內(nèi)的壓力為0.4-0.6atm ；(3)給靶接通負(fù)電壓，真空腔體的室壁接通正電壓，電場作用下進(jìn)行濺射鍍膜，得到覆有TCO膜層的石墨烯薄膜；性能測試:制備得到的結(jié)構(gòu)為基片/石墨烯薄膜/AZO的透明導(dǎo)電薄膜的電阻率。性能測試:對實施例6-8和對比例得到的透明導(dǎo)電膜層進(jìn)行如下性能測試:導(dǎo)電性:四探針方阻測試。性能測試結(jié)果如表I所示表I對實施例6-8和對比例得到的透明導(dǎo)電膜層的性能測試結(jié)果
權(quán)利要求1.一種用于在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電薄膜的濺射鍍膜裝置，包括真空腔體、靶材和基片，所述基片與真空腔體連接，真空腔體接地，其特征在于，所述濺射鍍膜裝置還包括設(shè)置在靶材和基片之間的中性原子可通過的陽極裝置和電壓輸出裝置； 其中，所述電壓輸出裝置的低壓輸出端接靶材，高壓輸出端接陽極裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的濺射鍍膜裝置，其特征在于，所述陽極裝置與基片間的距離是靶材與基片間距離的10%-30%。
3.如權(quán)利要求1所述的濺射鍍膜裝置，其特征在于，所述陽極裝置與基片間的距離是靶材與基片間距離的10%-15%。
4.如權(quán)利要求f3之一所述的濺射鍍膜裝置，其特征在于，所述陽極裝置為兩個以上的陽極棒，所述陽極棒的排布面與基片平行。
5.如權(quán)利要求4所述的濺射鍍膜裝置，其特征在于，所述陽極裝置為2-10根陽極棒，所述陽極棒的排布面與基片平行；所述陽極棒的排布面與基片間的距離是靶材與基片間距離的 10%-30%。
6.如權(quán)利要求f3之一所述的濺射鍍膜裝置，其特征在于，所述陽極裝置為一端封死的通有氬氣的中空腔體，所述中空腔體的腔壁上開有出氣孔，出氣孔上裝有氣流分散器。
7.如權(quán)利要求6所述的濺射鍍膜裝置，其特征在于，所述陽極裝置為2-10根一端封死的通有氬氣的中空管；所述中空管的管壁上開有出氣孔，出氣孔上裝有氣流分散器；所述中空管的排布面與基片平行；所述中空管的排布面與基片間的距離是靶材與基片間距離的10%-30%。
8.如權(quán)利要求7所述的濺射鍍膜裝置，其特征在于，所述氣流分散器包括氣體流通部件和氣體噴出部件，所述氣流流通部件與出氣孔相連接，氣體噴出部件上分布有多個噴孔。
9.如權(quán)利要求8所述的濺射鍍膜裝置，其特征在于，所述噴孔的孔徑為0.3-lmm，所述噴孔的孔間距為0.4-1.2mm。
10.如權(quán)利要求1所述的濺射鍍膜裝置，其特征在于，所述電壓裝置的低壓輸出端的電壓為-20(T-600V ;所述電壓裝置的高壓輸出端的電壓為(T+10V。
專利摘要本實用新型涉及一種用于在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電薄膜的濺射鍍膜裝置，包括真空腔體、靶材和基片，所述基片與真空腔體連接，真空腔體接地，其特征在于，所述濺射鍍膜裝置還包括設(shè)置在靶材和基片之間的中性原子可通過的陽極裝置和電壓輸出裝置；其中，所述電壓輸出裝置的低壓輸出端接靶材，高壓輸出端接陽極裝置。本實用新型提供的濺射鍍膜方法實現(xiàn)了在石墨烯薄膜上生成透明導(dǎo)電電極膜層并且不破壞石墨烯膜層的目標(biāo)；并且能夠獲得均勻的鍍膜，減小了透明導(dǎo)電膜的電阻率的作用。
文檔編號C23C14/34GK203065565SQ20132001141
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者劉志斌, 楊曉暉, 黃海東, 陳凱 申請人:無錫力合光電石墨烯應(yīng)用研發(fā)中心有限公司, 無錫力合光電傳感技術(shù)有限公司