专利名称：一种透明导电薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种透明导电薄膜及其制备方法。
透明导电薄膜作为一种既对可见光透明，又具有良好电导率的材料，在显示器件、光色器件、太阳能电池、透明物体加热、抗静电表面处理、电屏蔽、薄膜电阻、隔热节能玻璃等方面有着广泛的应用。目前，国际上应用最为广泛的透明导电薄膜是掺锡的氧化铟薄膜(In2O3Sn，简称ITO)。这是一种掺杂的半导体材料。对主体氧化铟(In2O3)而言，铟是三价的，而掺杂元素锡(Sn)是四阶的。因此，用一个锡原子来取代一个铟原子，就会提供一个导电电子。这种透明导电薄膜对掺杂元素的要求比较苛刻。除了上述原子价的差别外，还要求相应的离子半径不能大于被取代的离子半径，电子要有高的迁移率，且不能形成新的绝缘化合物。此外，在制备这种透明导电薄膜时，以玻璃为基板，为了防止玻璃基板中的杂质元素沾污薄膜，需要在薄膜和基板之间加镀一层防扩散阻挡层，例如，通常用高频溅射法在基板上先制备一层二氧化硅(SiO2)薄膜作为防扩散阻挡层。这样，制备工艺就比较复杂。因此，尽管氧化铟锡薄膜获得了广泛应用，人们仍在继续研究和寻找新的透明导电薄膜。
本发明的目的在于提出一种质量好、制备工艺简便的透明导电薄膜及其制备工艺。
本发明提出的透明导电薄膜，以氧化铟(In2O3)为主体，以钼(M0)或钨(W)为掺杂元素，钼或钨元素的掺入量为总重量的3-5％。记这种透明导电薄膜为In2O3X，简记为IXO，这里的X为M0或W，下同。
我们知道，钼(M0)或钨(W)为六价元素，它们的离子半径(M06+或W6+)均小于铟的离子半径(In3+)，所制备的掺钼或掺钨的氧化铟薄膜经X光衍射(XRD)表明，没有新的化合物产物。而且，每一个钼或钨原子可以提供3个导电电子(而锡原子只能提供一个导电电子)。因此，这种透明导电薄膜具有更好的导电性能。
对于上述透明导电薄膜In2O3X，本发明提出了相应的制备方法。其中，以玻璃为基板，先在基板上镀一层氧化铟(In2O3)薄膜，该薄膜厚度为30～50nm，作为防扩散阻挡层，以取代现行ITO薄膜中的SiO2薄膜。然后，开始掺杂，控制X的掺入量，制得In2O3X透明导电膜。在制备过程中，沉积速率及薄膜的厚度采用光干涉法在线实时监控。由于本制备方法中，防扩散阻挡层采用纯In2O3与导电薄膜的主体氧化物一致。因此，制备过程变得很简单。
本发明提出的制备上述透明导电薄膜方法，可以是反应蒸发法，也可以是反应磁控溅射法。
实施例1真空反应蒸发法制备In2O3X透明导电薄膜，具体步骤如下1.对真空室排气，压强低于1×10-2Pa，同时在真空室由电加热器对玻璃基板加热，基板温度控制在200℃～400℃范围；2.将氧气充入真空室，调节真空室主阀，控制真空室中的氧气分压强在1.3×10-1Pa～7×10-2Pa范围；3.开始加热蒸发铟(In)，在加热的玻璃基板上形成In2O3薄膜。该薄膜是作为防扩散阻挡层。当其厚度达到30～50nm时，开始同时蒸发XO3，进行掺杂，控制XO3的掺入量，以形成In2O3X透明导电薄膜，在薄膜形成过程中，利用透过薄膜的光强度的变化，对薄膜的沉积速率和薄膜的厚度进行实时监控。
这里的X为M0或W。
实施例2反应磁控溅射法制备In2O3X透明导电薄膜具体步骤如下1.制备溅射用靶。
溅射用靶可以是氧化物靶，也可以是金属拼靶。
(1)将氧化铟和氧化钼或氧化钨按一定的比例混合(按重量比，氧化钼或氧化钨占3-5％)，在模具中加热加压，并通以还原性气体，制成氧化物靶。
(2)制备金属材料拼靶。根据不同材料的溅射速率，将铟和X制成拼靶。控制X的含量(占3-5％)。
为制备防扩散阻挡层，需另外制备一个纯的铟靶，以备制备In2O3薄膜。
2.反应磁控溅射法制备In2O3X薄膜的工艺条件如下玻璃基板温度180℃～350℃。
溅射室中氧气分压强；3×10-2Pa～5×10-2Pa。
氧气流量0.2-1.0sccm/sec。
放电电压250V～400V制膜后的退火条件温度180℃～220℃，时间50-80分钟。
由上述实施例，制备的样品的工艺参数及其光学和电学测试数据如下1号样品In2O3M0，沉积时玻璃基板温度控制在350℃，氧分压强7×10-2Pa，沉积薄膜时间25分钟。膜厚度350nm，面电阻9.5Ω/口，相应电阻率为2.7×10-4Ωcm，可见光透射率≥80％，红外反射率≥85％。
2号样品In2O3M0，沉积时玻璃基板温度控制在300℃，氧分压强为2.6×10-1Pa，沉积薄膜时间28分钟。膜厚377nm，面电阻5Ω/口，相应电阻率为1.9×10-4Ωcm，可见光透射率＞80％。
权利要求
1.一种透明导电薄膜，以氧化铟为主体，其特征在于以6价元素X为掺杂元素，X的掺入量为总重量的3-5％，这里X为钼或钨。
2.如权利要求1的透明导电薄膜的制备方法，以玻璃为基板，其特征在于用真空镀膜法，先在基板上镀一层氧化铟薄膜作为防扩散阻挡层，其厚度为30-50nm，然后掺杂，控制掺杂元素X的掺入量为总重量的3-5％，制得透明导电薄膜In2O3X，这里X为M0或W，其中沉积速率和薄膜的厚度采用光干涉法在线实时监控。
3.根据权利要求2所述的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于采用真空反应蒸发法，具体步骤如下(1)对真空室排气，使压强低于1×10-2Pa，同时对玻璃基板加热至200℃-400℃；(2)将氧气通入真空窒，控制氧分压强在1.3×10-1～7×10-2Pa范围；(3)开始加热蒸发铟，在基板上形成In2O3薄膜，作为防扩散阻挡层，当其厚度达到30～50nm时，开始同时蒸发XO3，进行掺杂，控制XO3的掺入量，形成In2O3X透明导电薄膜。
4.根据权利要求2所述的透明导电薄膜的制备方法，其特征在于采用真空反应磁控溅射法，其工艺条件如下玻璃基板温度180℃-350℃；溅射室中氧分压强3×10-2Pa～5×10-2Pa；氧气流量0.2-1.0sccm/sec；放电电压250V-400V；制膜后的退火条件温度180℃-220℃，时间50-80分钟。
全文摘要
本发明涉及一种新的透明导电薄膜及其制备方法。该薄膜以氧化铟为主氧化物,以六价元素钼或钨为掺杂元素。制备时,在玻璃基板上先镀一层氧化铟作为防护散阻挡层,然后掺杂,控制掺杂元素的掺入量,制得透明导电薄膜氧化铟钼(钨)。该薄膜具有良好的导电性能,制备工艺也简单。
文档编号C23C14/22GK1267061SQ0011536
公开日2000年9月20日 申请日期2000年4月11日 优先权日2000年4月11日
发明者章壮健, 杨锡良, 陈华仙, 孟杨, 沈杰 申请人:复旦大学