本發(fā)明涉及薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化物透明電極薄膜的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著信息技術(shù)和材料科學的迅猛發(fā)展，各種新型透明導電薄膜材料制造的光電器件在軍事、航空、航天等領(lǐng)域己開展應用，并日趨廣泛。由于透明導電薄膜對光波的選擇性(對可見光的投射和對紅外光的反射)用作熱反射鏡，用于寒冷地區(qū)的建筑玻璃窗起熱屏蔽作用，節(jié)省能源消耗；還可用作透明表面發(fā)熱器，在汽車、飛機等交通工具的玻璃窗上形成防霧除霜玻璃，同理，可用在防霧攝影機鏡頭、特殊用途眼鏡、儀器視窗上。因此，制備高質(zhì)量的透明導電薄膜就成為其應用的先決條件，如果可以大規(guī)?？焖俚闹苽涓鞣N應用性能優(yōu)良的薄摸，那將在世界的各個發(fā)展領(lǐng)域有所作為。相對于ITO膜、AZO膜，氧化物薄膜具有無毒，價格低廉，穩(wěn)定性高的優(yōu)勢。目前，有大量報道關(guān)于氧化物薄膜的制備，如電子束蒸發(fā)法、磁控濺射法、氣相沉積法、等離子體輔助分子束外延法、電化學沉積法、噴霧熱分解法等。上述制備方法中，氣相沉積法成膜質(zhì)量高，并且能實現(xiàn)高速度、大面積、均勻、多片一次生長，但是原料化學性質(zhì)不穩(wěn)定、有毒且價格昂貴，尾氣需要專門設備處理；分子束外延法生長薄膜的雖然能夠精確控制沉積參數(shù)，可實現(xiàn)動態(tài)實時的監(jiān)測薄膜外延生長模式，但是薄膜的生長太慢，難以用于生產(chǎn)，生長多組分薄膜困難，生長溫度不能太高。磁控濺射法盡管可實現(xiàn)可控氣氛下的薄膜生長，但是相對真空度要求較高，生長效率不高。人們利用雙層輝光等離子合金化技術(shù)成功解決了高熔點金屬滲入的技術(shù)難題(專利：ZL201410324063.2)。但是該研究工作偏重于高氣壓，高電流、較長工作時間情況下的難熔金屬滲層的研究，在耐磨、耐蝕及耐熱方面有所應用，而在低氣壓、短時間針對低熔點金屬制備雙層輝光等離子濺射蒸鍍透明電極方面尚未有人研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對高質(zhì)量透明薄膜電極在大規(guī)?？焖僦苽浞矫?，提出采用雙層輝光等離子濺射蒸鍍方法實現(xiàn)低熔點氧化物透明薄膜電極的制備，該方法所制備的氧化物薄膜表面質(zhì)量高、工藝可控性好、制備快速、成本低，尤其適合大面積快速制備。

為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種氧化物透明電極薄膜的制備方法，在石英片上利用雙層輝光等離子濺射反應成膜的方法實現(xiàn)低熔點氧化鋅透明電極薄膜的制備，其具體步驟如下：

步驟(一)基片的預處理：以石英片作為基片，首先對其表面進行丙酮預處理，而后利用高純氮氣進行烘干處理，處理完成后將基片置于雙層輝光等離子濺射成膜設備中；

步驟(二)靶材的預處理：以高純低熔點金屬作為靶材，對靶材表面進行預處理；將基片置于濺射室內(nèi)的基體臺上，調(diào)節(jié)基體臺與靶材架之間的距離，基體與靶材之間的距離為極間距；分別從基片、靶材及真空爐腔體中引出三個電極，其中基片和靶材作為陰極，腔體作為陽極；基片和靶材均采用脈沖電源加熱，占空比為60％，頻率為40kHz；成膜過程中基片表面形成一層等離子輝光放電，同時靶材表面也形成一層等離子輝光放電區(qū)，由兩層等離子輝光放電區(qū)交疊增強成膜效率；

步驟(三)高純低熔點金屬氧化物薄膜在石英片表面的形成：

(1)打開雙層輝光等離子濺射反應成膜設備以及與其配套的冷水泵等，使用機械泵對鍍膜爐體抽壓，使爐內(nèi)保持高真空狀態(tài)；

(2)向爐體充入一定比例的氬氣和氧氣，使得爐體內(nèi)氣壓達到3-8Pa，將基體陰極電壓調(diào)壓至300-350V，使得基體進行5-10分鐘預熱和轟擊，鍍膜時間保持在10-30mim；

(3)基體預熱轟擊結(jié)束之后，打開靶材陰極電源，調(diào)節(jié)靶材陰極電壓調(diào)節(jié)至300-350V，緩慢向上調(diào)節(jié)電壓待基片與靶材之間其輝后繼續(xù)調(diào)節(jié)源極電壓至900-1000V，待輝光及參數(shù)穩(wěn)定后按計劃鍍膜時間計時鍍膜；

(4)待鍍膜結(jié)束后，關(guān)閉靶材陰極電源；基體陰極電壓逐漸降到200-300V，并采用微輝保護5min后關(guān)閉雙脈沖陰極電源；

(5)關(guān)閉氬氣和氧氣氣源，繼續(xù)使用分子泵將爐內(nèi)抽真空，待樣品冷卻到室溫出爐即可。

步驟(一)中，對基片表面進行丙酮預處理為用丙酮進行超聲清洗。

步驟(二)中，所述的高純低熔點金屬為高純鋅或高純鋁。

步驟(三)第(1)步中，使用機械泵將鍍膜爐體氣壓抽至4-7Pa，再使用分子泵將爐體氣壓進一步抽至(3-6)×10^-4Pa。

步驟(三)第(2)步中，氬氣與氧氣的比例在5:1-10:1；極間距保持在18-22mm。

步驟(三)第(3)步中，基體陰極電流控制在1.0-1.5A，源極電流控制在0.20-1.0A。

步驟(三)第(4)步中，基體陰極電壓以5V/s的速度逐漸降到200-300V。

步驟(三)第(5)步中，爐內(nèi)抽到(2-5)×10^-4Pa真空度。

本發(fā)明方法的特點和優(yōu)點如下：

本發(fā)明以低熔點金屬元素為靶材，為了提高元素及氧元素反應的供應量和供應效率，在基片和靶材周圍形成雙層輝光等離子放電，成膜僅需要10-30min.。

本發(fā)明通過低熔點金屬元素和氧元素的濺射反應形成大面積高質(zhì)量的氧化物透明薄膜電極，薄膜的厚度在5-10微米。

本發(fā)明得到的薄膜表面質(zhì)量高，具有高度的c軸(002)取向，在可見光波段平均透過率能夠達到80％以上，并且薄膜能有效的屏蔽紫外光。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所制備的氧化物薄膜的X射線衍射圖譜。

圖2為本發(fā)明所制備的氧化物薄膜表面原子力顯微鏡圖片。

圖3為本發(fā)明所制備的氧化物薄膜的紫外-可見光的透光率。

圖4為本發(fā)明所制備的氧化物薄膜的紫外-可見吸收光譜。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1

本發(fā)明是一種在石英片上利用雙層輝光等離子濺射反應成膜的方法實現(xiàn)氧化鋅透明電極薄膜的制備，工藝過程和步驟如下：

第一步，基片的預處理：以石英片作為基片(25mm×25mm)，對其表面首先進行丙酮預處理，而后利用高純氮氣進行烘干處理，處理完成后基片置于雙層輝光等離子濺射成膜設備中。

第二步，靶材的預處理：以高純鋅(99.99％)作為靶材，對其表面進行預處理；將基片置于濺射室內(nèi)的基體臺上，調(diào)節(jié)基體臺與靶材架之間的距離，基體與靶材之間的距離為極間距，極間距保持在20mm；分別從基體、靶材，及真空爐腔體中引出三個電極，其中基片和靶材作為陰極，腔體作為陽極；基片和靶材均采用脈沖電源加熱，占空比為60％，頻率為40kHz。成膜過程中基片表面形成一層等離子輝光放電，同時靶材表面也形成一層等離子輝光放電區(qū)，由兩層等離子輝光放電區(qū)交疊增強成膜效率。

第三步，氧化鋅薄膜在石英片表面的形成：

(1)打開雙層輝光等離子濺射反應成膜設備以及與其配套的冷水泵等，使用機械泵將鍍膜爐體氣壓抽至6Pa，再使用分子泵將爐體氣壓進一步抽至5×10^-4Pa，使爐內(nèi)保持高真空狀態(tài)；

(2)向爐體充入一定比例的氬氣和氧氣，使得爐體內(nèi)氣壓達到5Pa，其中氬氣與氧氣的比例在7:1，將基體陰極電壓調(diào)壓至350V，使得基體進行8分鐘預熱和轟擊；

(3)基體預熱轟擊結(jié)束之后，打開靶材陰極電源，將靶材陰極電壓調(diào)節(jié)至320V，緩慢向上調(diào)節(jié)電壓待基體與靶材之間其輝后繼續(xù)調(diào)節(jié)源極電壓至950V，基體陰極電流控制在1.5A，源極電流控制在0.8A，待輝光及參數(shù)穩(wěn)定后鍍膜時間保持25mim；

(4)待鍍膜結(jié)束后，關(guān)閉靶材陰極電源；基體陰極電壓以5V/s的速度逐漸降到250V，并采用微輝保護5min后關(guān)閉雙脈沖陰極電源；

(5)關(guān)閉氬氣和氧氣氣源以及氣體流量計，繼續(xù)使用分子泵將爐內(nèi)抽到3×10^-4Pa真空度，待樣品冷卻到室溫出爐即可。

所制得的氧化鋅薄膜的表面結(jié)構(gòu)借助X射線衍射光譜分析其表面的結(jié)晶質(zhì)量，如圖1所示，可以看出本發(fā)明制得到的氧化鋅薄膜具有高度的c軸(002)取向，半高寬(FWHM)為0.43，結(jié)晶質(zhì)量良好。圖2顯示該氧化鋅薄膜的表面平整，出現(xiàn)均勻的柱狀結(jié)構(gòu)，說明本發(fā)明方法所制備得到的氧化物薄膜均勻且結(jié)構(gòu)良好。氧化鋅薄膜的光譜性能顯示，如圖3、4所示，該薄膜在可見光波段透過率達到80％以上，并且對紫外波段的光具有較為強烈的吸收。實施例2

本發(fā)明是一種在石英片上利用雙層輝光等離子濺射反應成膜的方法實現(xiàn)氧化鋁透明電極薄膜的制備，工藝過程和步驟如下：

第一步，基片的預處理：以石英片作為基片(25mm×25mm)，對其表面首先進行丙酮預處理，而后利用高純氮氣進行烘干處理，處理完成后基片置于雙層輝光等離子濺射成膜設備中。

第二步，靶材的預處理：以高純鋁(99.99％)作為靶材，對其表面進行預處理；將基片置于濺射室內(nèi)的基體臺上，調(diào)節(jié)基體臺與靶材架之間的距離，基體與靶材之間的距離為極間距，極間距保持在18mm；分別從基體、靶材，及真空爐腔體中引出三個電極，其中基片和靶材作為陰極，腔體作為陽極；基片和靶材均采用脈沖電源加熱，占空比為60％，頻率為40kHz。成膜過程中基片表面形成一層等離子輝光放電，同時靶材表面也形成一層等離子輝光放電區(qū)，由兩層等離子輝光放電區(qū)交疊增強成膜效率。

第三步，氧化鋁薄膜在石英片表面的形成：

(1)打開雙層輝光等離子濺射反應成膜設備以及與其配套的冷水泵等，使用機械泵將鍍膜爐體氣壓抽至5Pa，再使用分子泵將爐體氣壓進一步抽至5×10^-4Pa，使爐內(nèi)保持高真空狀態(tài)；

(2)向爐體充入一定比例的氬氣和氧氣，使得爐體內(nèi)氣壓達到6Pa，其中氬氣與氧氣的比例在6:1，將基片陰極電壓調(diào)壓至300V，使得基片進行8分鐘預熱和轟擊；

(3)基片預熱轟擊結(jié)束之后，打開靶材陰極電源，將電壓調(diào)節(jié)至300V，緩慢上調(diào)電壓至900V，基體陰極電流控制在1.2A，源極電流控制在0.5A，待輝光及參數(shù)穩(wěn)定后鍍膜時間保持20mim；

(4)待鍍膜結(jié)束后，關(guān)閉靶材陰極電源；基體陰極電壓以5V/s的速度逐漸降到200V，并采用微輝保護5min后關(guān)閉雙脈沖陰極電源；

(5)關(guān)閉氬氣和氧氣氣源以及氣體流量計，繼續(xù)使用分子泵將爐內(nèi)抽到3×10^-4Pa真空度，待樣品冷卻到室溫出爐即可。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)，對以上實施例所作的任何簡單的修改、等同替換與改進等，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍之內(nèi)。