一種溶膠-凝膠法直接制備柔性透明導(dǎo)電薄膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及薄膜制備領(lǐng)域，尤其是透明導(dǎo)電薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于有機(jī)柔性襯底不耐高溫，因此給薄膜的沉積帶來較大的難度。沉積材料的附著晶化一般要高于300°C，而一般的有機(jī)襯底在130°C左右即開始變形從而不利于成膜；另夕卜，當(dāng)襯底溫度太低時(shí)，沉積上去的原子團(tuán)沒有足夠的能量迀移、結(jié)晶，就會(huì)增加薄膜中的缺陷，從而使獲得的薄膜晶粒尺寸偏小、電阻率偏大、可見光透過率不高等;此外，有機(jī)襯底與透明導(dǎo)電膜的晶格匹配不如玻璃襯底，薄膜不宜附著，尤其當(dāng)襯底溫度較低時(shí)，膜與襯底鍵合很弱，薄膜容易脫落或根本無法成膜。同時(shí)，由于有機(jī)襯底的表面平整度較差，必然造成沉積的薄膜厚度不均勻，這些特點(diǎn)使在有機(jī)襯底上制備的透明導(dǎo)電膜的電阻率較大，這些都是需要解決的問題。為提高薄膜質(zhì)量，前人的方法主要分兩種:一是采用物理方法制備柔性薄膜，如采用磁控濺射方法，但這種方法設(shè)備昂貴，需要真空環(huán)境，不利于大規(guī)模成膜；二是在溶膠-凝膠法制膜后通過紫外光照等方法進(jìn)行二次處理，但工藝較為繁瑣。因此，探索更為簡便的低溫成膜技術(shù)、研究低溫制備的柔性透明導(dǎo)電薄膜性能的調(diào)控工藝是柔性顯示器件產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明將以柔性透明導(dǎo)電薄膜的低溫制備及其電學(xué)性質(zhì)研究為重點(diǎn)，利用溶膠-凝膠法探索直接制備柔性透明導(dǎo)電薄膜的方法及其電學(xué)性能調(diào)控工藝。
[0004]本發(fā)明提供了一種采用溶膠-凝膠法直接制備鋁摻雜氧化鋅柔性導(dǎo)電薄膜的方法，在保證柔性透明導(dǎo)電薄膜透過率的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)低溫制備柔性透明導(dǎo)電薄膜，并通過低溫退火處理調(diào)控柔性透明導(dǎo)電薄膜的電學(xué)性能。本發(fā)明確定溶膠-凝膠法制備柔性透明導(dǎo)電薄膜的制備工藝，預(yù)燒溫度及退火工藝，通過選擇不同襯底厚度及退火條件實(shí)現(xiàn)透明導(dǎo)電薄膜電學(xué)性能的優(yōu)化。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案所包含的步驟如下:
[0006](I)制備溶膠
[0007]Al摻雜原子比例為I %的Al-ZnO溶膠的制備:其中鋅源為乙酸鋅，摻雜源為硝酸鋁，溶劑為乙二醇甲醚，穩(wěn)定劑為乙醇胺，硝酸鋁與乙酸鋅的摩爾比為1:99，乙醇胺與金屬原子的摩爾比為1:1，按照溶膠濃度為0.75mol/L進(jìn)行配比，將乙酸鋅、硝酸鋁按照摩爾比1:99溶于溶劑乙二醇甲醚中，加入穩(wěn)定劑乙醇胺，將混合溶液于60°C水浴下攪拌lh，得到透明澄清液體，進(jìn)行定容后再繼續(xù)攪拌2h，最后在室溫下陳化24h，得到穩(wěn)定透明的Al-ZnO的溶膠；
[0008](2)清洗襯底
[0009]將厚度分別為0.025mm，0.050mm, 0.075mm，0.125mm的聚酰亞胺(PI)柔性襯底依次用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 %的稀鹽酸、去離子水、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 %的氫氧化鈉溶液、去離子水各自漂洗半小時(shí)，除去表面的油脂和污物，并將洗好的聚酰亞胺柔性襯底放入去離子水中以備用；
[0010](3)清洗玻璃基板
[0011]①將玻璃基板用主要成分為烷基磺酸鈉、脂肪醇醚硫酸鈉、泡沫劑的洗滌劑和自來水浸泡2h后，電磁波超聲清洗1min，再用去離子水沖凈；
[0012]②將玻璃基板用去離子水浸泡Ih電磁波超聲清洗1min;
[0013]③將玻璃基板用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%的鹽酸和去離子水體積比為1:6的溶液浸泡Ih電磁超聲清洗1min;
[0014]④將玻璃基板用丙酮浸泡Ih電磁波超聲清洗1min;
[0015]⑤將玻璃基板用無水乙醇浸泡Ih電磁波超聲清洗lOmin，然后將洗凈的玻璃基板存放在無水乙醇中以備使用；
[0016](4)鍍制薄膜
[0017]將步驟(2)中清洗后的聚酰亞胺(PI)柔性襯底100°C烘干后用酒精吸附在步驟(3)中清洗干凈的玻璃基板上，采用旋涂法將步驟(I)中所制溶膠以3000r/s的速度旋涂到聚酰亞胺(PI)柔性襯底上，得到一層平均厚度為25nm的凝膠膜，經(jīng)過100 V干燥1min、300 °(:預(yù)燒15min，再冷卻至室溫后，重復(fù)步驟(4)中前述操作鍍下一層凝膠膜，直至凝膠膜層數(shù)達(dá)到9至11層，凝膠膜總平均厚度分別為225nm至275nm，將制得的凝膠膜進(jìn)行不同的退火處理:僅在空氣中350°C退火2小時(shí)，得到柔性透明導(dǎo)電薄膜;在空氣中350°C退火2小時(shí)后，再在真空中350°C退火I小時(shí)，得到柔性透明導(dǎo)電薄膜。
[0018]本發(fā)明的有益效果由于將柔性襯底用酒精吸附于潔凈的玻璃基板使之固定，保證柔性襯底的平整，來減緩柔性襯底在無玻璃基板依托固定時(shí)退火中的彎曲變形，從而使采用溶膠-凝膠法直接制備出透光與電學(xué)性能都較高的柔性透明導(dǎo)電薄膜成為可能，并通過不同的退火處理有效地優(yōu)化了薄膜的導(dǎo)電性能，經(jīng)電學(xué)性能測試可以看出，真空退火處理的薄膜導(dǎo)電性要優(yōu)于空氣退火處理的薄膜導(dǎo)電性能，實(shí)現(xiàn)對柔性半導(dǎo)體透明導(dǎo)電薄膜電學(xué)性能的可控調(diào)節(jié)，使得在產(chǎn)業(yè)化、低成本的條件下生產(chǎn)柔性透明導(dǎo)電薄膜成為可能。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明得到的不同厚度(0.025mm，0.05mm，0.075mm)柔性襯底10層凝膠膜空氣退火后的透光性能。
[0020]圖2是本發(fā)明得到的厚度為0.075mm柔性襯底不同層數(shù)(9層，10層，11層)凝膠膜空氣退火后的導(dǎo)電性能。
[0021]圖3是本發(fā)明得到的厚度為0.075mm柔性襯底不同層數(shù)(9層，10層，11層)凝膠膜真空退火后的導(dǎo)電性能。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，但本發(fā)明絕非僅局限于實(shí)施例。
[0023]本發(fā)明為制備氧化物半導(dǎo)體柔性透明導(dǎo)電薄膜方法領(lǐng)域，具體為利用溶膠-凝膠法在有機(jī)柔性襯底上直接制備Al摻雜原子比例為1%Α1-ΖηΟ薄膜，通過不同退火處理來提高柔性透明薄膜的電學(xué)性能。
[0024]本發(fā)明的具體實(shí)施步驟是:
[0025](I)制備溶膠
[0026]Al摻雜原子比例為I %的Al-ZnO溶膠的制備:其中鋅源為乙酸鋅，摻雜源為硝酸鋁，溶劑為乙二醇甲醚，穩(wěn)定劑為乙醇胺，硝酸鋁與乙酸鋅的摩爾比為1:99，乙醇胺與金屬原子的摩爾比為1:1，按照溶膠濃度為0.75mol/L進(jìn)行配比，將乙酸鋅、硝酸鋁按照摩爾比1:99溶于溶劑乙二醇甲醚中，加入穩(wěn)定劑乙醇胺，將混合溶液于60°C水浴下攪拌lh，得到透明澄清液體，進(jìn)行定容后再繼續(xù)攪拌2h，最后在室溫下陳化24h，得到穩(wěn)定透明的Al-ZnO的溶膠；
[0027](2)清洗襯底
[0028]將厚度分別為0.025mm，0.050mm，0.075mm，0.125mm的聚酰亞胺(PI)柔性襯底依次用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 %的稀鹽酸、去離子水、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 %的氫氧化鈉溶液、去離子水各自漂洗半小時(shí)，除去表面的油脂和污物，并將洗好的聚酰亞胺柔性襯底放入去離子水中以備用；
[0029](3)清洗玻璃基板
[0030]①將玻璃基板用主要成分為烷基磺酸鈉、脂肪醇醚硫酸鈉、泡沫劑的洗滌劑和自來水浸泡2h后，電磁波超聲清洗1min，再用去離子水沖凈；
[0031 ]②將玻璃基板用去離子水浸泡Ih電磁波超聲清洗1min;
[0032]③將玻璃基板用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%的鹽酸和去離子水體積比為1:6的溶液浸泡Ih電磁超聲清洗1min;
[0033]④將玻璃基板用丙酮浸泡Ih電磁波超聲清洗1min;
[0034]⑤將玻璃基板用無水乙醇浸泡Ih電磁波超聲清洗1min，然后將洗凈的玻璃基板存放在無水乙醇中以備使用。
[0035](4)鍍制薄膜
[0036]將步驟(2)中清洗后的聚酰亞胺(PI)柔性襯底100°C烘干后用酒精吸附在步驟(3)中清洗干凈的玻璃基板上，采用旋涂法將步驟(I)中所制溶膠以3000r/s的速度旋涂到聚酰亞胺(PI)柔性襯底上，得到一層平均厚度為25nm的凝膠膜，經(jīng)過100 V干燥1min、300 °(:預(yù)燒15min，再冷卻至室溫后，重復(fù)步驟(4)中前述操作鍍下一層凝膠膜，直至凝膠膜層數(shù)達(dá)到9至11層，凝膠膜總平均厚度分別為225nm至275nm，將制得的凝膠膜進(jìn)行不同的退火處理:僅在空氣中350°C退火2小時(shí)，得到柔性透明導(dǎo)電薄膜;在空氣中350°C退火2小時(shí)后，再在真空中350°C退火I小時(shí)，得到柔性透明導(dǎo)電薄膜。
[0037]如下利用具體實(shí)施例進(jìn)行詳盡說明:
[0038]實(shí)施例1
[0039](I )A1摻雜原子比例為丨%的Al-ZnO溶膠的制備:其中鋅源為