专利名称：用于制备透明导电薄膜的锌铝氧化物靶材的制作方法
技术领域：
本发明属于光电材料技术领域，特别涉及用于制备氧化物透明导电薄膜的靶材。
透明导电氧化物(transparent conductive oxide)(简称TCO)薄膜主要包括In、Sn、Sb、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料，具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等共同光电特性，TCO薄膜因其既透明又导电的优异性能而得以广泛应用。
目前TCO薄膜的主要应用领域有平面液晶显示(LCD)、等离子体显示(PDP)、场致发射显示(FED)、电致发光显示(ELD)、电致彩色显示(ECD)、薄膜太阳能电池透明电极。由于TCO薄膜具有对光波的选择性(对可见光的透射和对红外光的反射)，可用作热反射镜，用于寒冷地区的建筑玻璃窗起热屏蔽作用，节省能源消耗；TCO薄膜也可用作透明表面发热器，在汽车、飞机等交通工具的玻璃窗上形成防雾除霜玻璃，同理，TCO薄膜还可用在防雾摄影机镜头、特殊用途眼镜、仪器视窗上。柔性衬底TCO薄膜的开发使它的潜在用途扩大到制造柔性发光器件、塑料液晶显示器、可折叠太阳能电池以及作为保温材料用于塑料大棚、玻璃粘贴膜等。
尽管人们开发了ZnO、SnO2、及In2SnO5、ZnOIn2O3、Zn2SnO4、Zn2In2O5、CdSb2O6、CdIn2O1、Cd2SnO4、GaInO3、In4Sn3O12、MgIn2O4、FTO(Sn2OF)等多元透明氧化物薄膜材料，但应用最广、最成熟当属掺锡氧化铟(Indium tin oxide，简称ITO)。
ITO薄膜有复杂的立方铁锰矿结构，电阻率低达10-4Ω·cm量级，可见光谱范围内平均光透射率80％以上。它的优异光电性质使之成为具有实际应用价值的TCO薄膜，是平板显示器件中不可或缺的平面透明电极材料。优质的ITO薄膜主要是利用ITO陶瓷靶材采用溅射方法制备的。
ITO陶瓷靶材及用其制备的ITO薄膜也有如下不足1、由于铟为稀有元素，在自然界中贮存量少，因而价格较高(一公斤铟的价格约达4000元)，从而导致ITO靶材的价格很高；2、ITO靶材制造工艺复杂，要用热等静压设备和工艺，制造成本高；3、ITO薄膜在磁控溅射制备工艺中，温度要求高(350-400℃)，一般只适用于玻璃基底。而在柔性衬底上制备薄膜时，基底温度一般不允许超过150℃，所以在柔性衬底上制备性能优异的ITO薄膜较为困难。
4、应用于太阳能电池中时ITO薄膜性能不够稳定。
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，研制出一种新型的锌铝氧化物(ZAO)靶材，可用于制备性能优异的锌铝氧化物(ZAO)透明导电薄膜，替代ITO薄膜，用该靶材制备的ZAO薄膜的光电性能与ITO薄膜性能水平相当，但制造成本远低于后者；该靶材不仅适用于在玻璃衬底上制备ZAO薄膜，而且还适用于在柔性衬底上制备ZAO薄膜；用该靶材制备的ZAO薄膜在等离子体中稳定性好，可在太阳能电池透明电极应用方面取得突破，替代ITO薄膜，从而推动廉价民用太阳能工业的发展。
本发明提出的一种用于制各透明导电薄膜的锌铝氧化物靶材，其特征在于，用纯度不低于99.9％的氧化锌粉末与纯度不低于99.9％的氧化铅粉末相互混均匀，烧结成密度不低于理论密度的94％的块体，其中所说的氧化铝粉末占总质量的1-6％。
本发明提出另一种用于制备透明导电薄膜的锌铝氧化物靶材，其特征在于，用纯度不低于99.9％的氧化锌粉末与纯度不低于99.9％的纯铝粉末相互混均匀，烧结成密度不低于理论密度的94％的块体，其中，所说的纯铝粉末占总质量的0.5-3％。
本发明的靶材用其制备的ZAO薄膜性能及效果本发明的靶材相对密度大于94％，具有高精密性、稳定性、可靠性和良好的通用性。
用本发明的靶材制备的锌铝氧化物薄膜(简称ZAO)的结构为六方纤锌矿型，其性能已可与ITO相比拟，最低电阻率达10-4Ω.cm量级，可见光谱范围内平均光透射率84％以上。
ZAO薄膜沉积在有机透明衬底上，可得到接近沉积在玻璃衬底上的薄膜的微观结构和光电性质。沉积在透明聚酯胶片、聚异氰酸酯和普通电工用的聚酯薄膜上的ZAO薄膜的电阻率在10-4Ω.cm，透射率大于84％。柔性基片的TCO薄膜具有可弯曲、重量轻、不易碎、便于大面积生产和运输等独特的优点，从而大大增加了ZAO薄膜的应用领域，扩大了市场范围，促进了产业化。
ZAO薄膜有很多突出优点，例如原料易得，制造成本低廉，无毒，易于实现掺杂，且在等离子体中稳定性好等，有望在太阳能电池透明电极应用方面取得突破，替代ITO薄膜，从而推动廉价民用太阳能工业的发展。目前，大屏幕、高清晰度液晶显示普及迅速，需求不断增加，而全世界性的能源馈乏和自然环境保护的需要也展现了太阳能电池的良好发展前景，这也为ZAO产业提供了机遇和发展空间。
该靶材与现有技术相比较具有成分简单、经济、膜基附着力强，使用寿命长、性能好，镀膜不起斑点、耐蚀耐磨、色泽漂亮等特点。用于镀膜制造成本低廉，无毒，易于实现掺杂，且ZAO薄膜在等离子体中稳定性好，是ITO的替代产品，尤其是在太阳能电池透明电极领域。
实施例一用纯度为99.9％的氧化锌粉末与纯度99.9％的氧化铝粉末(占总质量的1.3％)相互混合均匀，烧结成密度为理论密度的96％的块体，制成靶材。应用该靶材采用溅射沉积的方法沉积ZAO薄膜，薄膜的电阻率和透过率分别为7.2×10-4Ω.cm，大于85％(厚度30nm)。
实施例二用纯度为99.9％的氧化锌粉末与纯度99.9％的氧化铝粉末(占总质量的3.2％)相互混合均匀，烧结成密度为理论密度的95％的块体，制成靶材。应用该靶材采用溅射沉积的方法沉积ZAO薄膜，薄膜的电阻率和透过率分别为5.6×10-4Ω.cm，大于85％(厚度30nm)。
实施例三用纯度为99.9％的氧化锌粉末与纯度99.9％的氧化铝粉末(占总质量的5.7％)相互混合均匀，烧结成密度为理论密度的94％的块体，制成靶材。应用该靶材采用溅射沉积的方法沉积ZAO薄膜，薄膜的电阻率和透过率分别为6.4×10-4Ω.cm，大于85％(厚度30nm)。
实施例四用纯度为99.9％的氧化锌粉末与纯度为99.9％的纯铝粉末(占总质量的0.55％)相互混合均匀，烧结成密度为理论密度的96.2％的块体，制成靶材。应用该靶材采用溅射沉积的方法沉积ZAO薄膜，薄膜的电阻率和透过率分别为7.1×10-4Ω.cm，大于85％(厚度30nm)。
实施例五用纯度为99.9％的氧化锌粉末与纯度为99.9％的纯铝粉末(占总质量的2.8％)相互混合均匀，烧结成密度为理论密度的94.6％的块体，制成靶材。应用该靶材采用溅射沉积的方法沉积ZAO薄膜，薄膜的电阻率和透过率分别为6.6×10-4Ω.cm，大于85％(厚度30nm)。
权利要求
1.一种用于制备透明导电薄膜的锌铝氧化物靶材，其特征在于，用纯度不低于99.9％的氧化锌粉末与纯度不低于99.9％的氧化铝粉末相互混均匀，烧结成密度不低于理论密度的94％的块体，其中所说的氧化铝粉末占总质量的1-6％。
2.一种用于制备透明导电薄膜的锌铝氧化物靶材，其特征在于，用纯度不低于99.9％的氧化锌粉末与纯度不低于99.9％的纯铝粉末相互混均匀，烧结成密度不低于理论密度的94％的块体，其中，所说的纯铝粉末占总质量的0.5-3％。
全文摘要
本发明属于光电材料技术领域,其特征在于,用纯度不低于99.9%的氧化锌粉末与纯度不低于99.9%的氧化铝粉末或纯铝粉末相互混合均匀,烧结成密度不低于理论密度的94%的块体。本发明具有成分简单、经济、膜基附着力强,使用寿命长、性能好,镀膜不起斑点、耐蚀耐磨、色泽漂亮等特点。用于镀膜制造成本低廉,无毒,易于实现掺杂,且ZAO薄膜在等离子体中稳定性好,是ITO的替代产品,尤其是在太阳能电池透明电极领域。
文档编号C04B35/01GK1289128SQ0012979
公开日2001年3月28日 申请日期2000年10月13日 优先权日2000年10月13日
发明者赵大庆, 庄大明, 方玲, 梁展鸿, 俞锦方, 沈淦荣, 杨伟方 申请人:清华大学, 浙江金洲集团股份有限公司