专利名称：柔性透明导电膜用金属氧化物半导体材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种柔性透明导电膜用金属氧化物半导体材料及其制备方法。
背景技术：
透明导电薄膜是液晶显示、平板显示、静电屏蔽、太阳能电池必需的功能材料。直流磁控溅射法是当前国际高档显示器件用透明导电膜的主导制备工艺。现有的制备工艺以ITO半导体陶瓷(90% In2O3-IO% SnO2)作为溅射源，普遍在氩气或氩氧混合气氛中、基板100-550°C下用直流磁控溅射法制备ITO透明导电薄膜，所制备的透明导电薄膜品质优良，可见光透过率> 83%，且电阻率小于10Χ10_4Ω · cm。但由于ITO材料镀膜时膜层的结晶显微结构为柱状结构，溅射室经常需要加温等等，用于柔性基底低温或常温镀膜就受到很大限制，极大的限制了柔性显示技术的发展。最近几年，金属氧化物半导体材料(简称IGZ0)薄膜晶体管成为研究热点，IGZO薄膜具有高迁移率、稳定性好、制作工艺简单等优点，备受人们关注。
发明内容
本发明需要解决的技术问题就在于提供一种柔性透明导电膜用金属氧化物材料及其制备方法，它是以氧化锌和三氧化二铟及三氧化二镓为主体成份生产的柔性透明导电膜用IGZO材料，用于磁控溅射生产透明导电膜的生产过程更易控制，溅射过程不需要加热就能制造出透明非结晶导电薄膜，可以方便的制造在聚氨酯等柔性基材上，而且制造的导电膜具有优良的可卷绕性能，在柔性显示器的生产中将更具有优势。为解决上述问题，本发明采用如下技术方案本发明提供了一种柔性透明导电膜用金属氧化物半导体材料，制备所述金属氧化物半导体材料的原料为纯度大于99. 99%、平均粒径为0. 01-100微米的SiO、In2O3和Ga2O3 的高纯粉体粉，其重量份配比为ZnO 0. 5-15份；In2O3I-IO份；Ga2O3O. 5-9份。本发明同时提供了一种柔性透明导电膜用金属氧化物半导体材料的制备方法，包括下列步骤Α.将纯度大于99. 99%、平均粒径为0. 01-100微米的ZnO, In2O3和Ga2O3的高纯粉体粉，按重量份配比为ZnO 0. 5-15份；In2O3 1-10份，Gii2O3 0. 5-9份的比例称量、混合均勻；B.将步骤A的混合粉体与重量份为0. 2-1份的去离子纯水混和，加入0. 002-0. 05 份的有机分散剂，球磨混合12小时以上；C.将步骤B所得的料浆，加入0. 005-0. 09份的有机粘接剂，再球磨0. 5-6小时；D.对步骤C的产物进行喷雾干燥造粒，得平均粒子径10-300微米的靶材原料。所述制备方法还包括下列步骤Α、坯体成型将靶材原料制备成相对密度大于48%的坯体；B、将坯体在氧气氛炉或流通空气炉中250-650°C下脱除有机分散剂和有机粘接剂，升温到1350-1650°C在氧气氛炉或空气炉中烧结致密，得到相对密度大于98%的金属氧化物半导体材料。所述有机分散剂为醇胺类。所述有机粘接剂为PVA或水溶性树脂。坯体成型方法为用金属模1-5吨/cm2的压力成型或以冷等静压成型加密或凝胶注模成型或注射成型。所述金属氧化物半导体材料用于磁控溅射制造透明导电薄膜。本发明柔性透明导电膜用IGZO材料，用于磁控溅射生产透明导电膜的生产过程更易控制，溅射过程不需要加热就能制造出透明非结晶导电薄膜，可以方便的制造在聚氨酯等柔性基材上，而且此导电膜具有优良的可卷绕性能，在柔性显示器的生产中将更具有优势。本发明生产的透明导电膜电阻率小于7Χ10_4Ω · cm，可见光透过率G00-700nm)
大于83%，满足各种透明导电膜要求，可以预见未来将在高亮度及柔性显示领域得到推广应用。IGZO材料相对于ITO材料的优点在是1.本发明柔性透明导电膜用IGZO材料制备的导电膜具有优良的可卷绕性能，适应高亮度及柔性显示技术的发展。2.制备的导电膜是一种透明非结晶导电薄膜，耐候性优良。3.制备导电膜溅射过程中基板不需要加热到高温，在塑料等柔性导电膜的生产中更有优势。4.用IGZO生产的透明导电膜电阻率小于7X 10_4Ω · cm，可见光透过率 (400-700nm)大于83%，满足各种透明导电膜要求。
具体实施例方式实施例1称量纯度为99. 99 %、平均粒径0. 5微米的ZnO粉480克，加入540克平均粒径0. 2 微米M2O3和480克平均粒径3微米的Ga2O3粉体，加入35%重量的去离子纯水和0. 5%的乙醇胺有机助剂混和，用球磨机球磨混合16小时，加入总重量1. 5%的聚乙烯醇有机粘接剂，再球磨2小时，料浆喷雾干燥造粒处理，得到平均粒子径50微米的靶材原料，用金属模 1吨/cm2的压力成型脱模，后装进橡胶包套用冷等静压机200MI^压力加密，得到相对密度大于50%的直径200毫米厚度13毫米的坯体，将此坯体在空气炉中升温至500°C脱除有机添加剂，升温到1450°C烧结致密，得到相对密度99 %的氧化物半导体材料，将烧结体加工磨削到直径76毫米厚度7毫米的靶材，在SIM560磁控溅射机中直流磁控镀膜，功率160W， Ar2压力0. 6Pa,玻璃基板温度室温，溅射稳定易控溅射速率高达IOOnm/分钟，用XP-I台阶仪测量测得薄膜厚度450纳米，CARY-100分光光度计测得400-700纳米的可见光透过率大于83%，以SZ-82四探针测试仪测得电阻率6. 7X 10_4Ω · cm，综合性能优良。实施例2本发明同时提供了一种柔性透明导电膜用金属氧化物半导体材料的制备方法，包括下列步骤
A.将纯度大于99. 99%、平均粒径为10微米的SiO、In2O3和Gei2O3的高纯粉体粉， 按重量份配比为SiO 1份；In2O3L 7份，Gii2O3I. 2份的比例称量、混合均勻；B.将步骤A的混合粉体与重量份为0. 2份的去离子纯水混和，加入0. 006份的有机分散剂，球磨混合12小时以上；C.将步骤B所得的料浆，加入0. 02份的有机粘接剂，再球磨2小时；D.对步骤C的产物进行喷雾干燥造粒，得平均粒子径100微米的靶材原料。Ε.将靶材原料制备成相对密度大于50%的坯体。F.将坯体在氧气氛炉或流通空气炉中350°C下脱除有机分散剂和有机粘接剂，升温到1550°C在氧气氛炉或空气炉中烧结致密，得到相对密度大于99%的金属氧化物半导体材料。G.将制备的金属氧化物半导体材料用于磁控溅射制造透明导电薄膜。实施例3本发明同时提供了一种柔性透明导电膜用金属氧化物半导体材料的制备方法，包括下列步骤A.将纯度大于99. 99%、平均粒径为30微米的SiO、In2O3和Ga2O3的高纯粉体粉， 按重量份配比为ZnO 15份；In2O3I份，Ga2O30. 7份的比例称量、混合均勻；B.将步骤A的混合粉体与重量份为0. 3份的去离子纯水混和，加入0. 05份的有机分散剂，球磨混合20小时；C.将步骤B所得的料浆，加入0. 09份的有机粘接剂，再球磨6小时；D.对步骤C的产物进行喷雾干燥造粒，得平均粒子径80微米的靶材原料。Ε.将靶材原料制备成相对密度大于50%的坯体。F.将坯体在氧气氛炉或流通空气炉中250°C下脱除有机分散剂和有机粘接剂，升温到1600°C在氧气氛炉或空气炉中烧结致密，得到相对密度大于98%的金属氧化物半导体材料。G.将制备的金属氧化物半导体材料用于磁控溅射制造透明导电薄膜。实施例4本发明同时提供了一种柔性透明导电膜用金属氧化物半导体材料的制备方法，包括下列步骤A.将纯度大于99. 99%、平均粒径为0. 1-1微米的SiO、In2O3和Gei2O3的高纯粉体粉，按重量份配比为ZnO 10份；In2O3IO份，Ga2O310份的比例称量、混合均勻；B.将步骤A的混合粉体与总重量份为0. 25份的去离子纯水混和，加入0. 006份的有机分散剂，球磨混合12小时以上；C.将步骤B所得的料浆，加入0. 03份的有机粘接剂，再球磨3小时；D.对步骤C的产物进行喷雾干燥造粒，得平均粒子径10-300微米的靶材原料。Ε.将靶材原料制备成相对密度大于50%的坯体。F.将坯体在氧气氛炉或流通空气炉中550°C下脱除有机分散剂和有机粘接剂，升温到1400°C在氧气氛炉或空气炉中烧结致密，得到相对密度大于98%的金属氧化物半导体材料。G.将制备的金属氧化物半导体材料用于磁控溅射制造透明导电薄膜。实施例5本发明同时提供了一种柔性透明导电膜用金属氧化物半导体材料的制备方法，包括下列步骤A.将纯度大于99. 99%、平均粒径为0. 01-1微米的ZnO, In2O3和Ga2O3的高纯粉体粉，按重量份配比为SiO 1份；In2O3 3份，Ga2032份的比例称量、混合均勻；B.将步骤A的混合粉体与重量份为0. 2份的去离子纯水混和，加入0. 005份的有机分散剂，球磨混合12小时以上；C.将步骤B所得的料浆，加入0. 01份的有机粘接剂，再球磨1小时；D.对步骤C的产物进行喷雾干燥造粒，得平均粒子径10-300微米的靶材原料。E.将靶材原料制备成相对密度大于50%的坯体。F.将坯体在氧气氛炉或流通空气炉中350°C下脱除有机分散剂和有机粘接剂，升温到1350°C在氧气氛炉或空气炉中烧结致密，得到相对密度大于98%的金属氧化物半导体材料。G.将制备的金属氧化物半导体材料用于磁控溅射制造透明导电薄膜。实施例2-实施例5中，所述有机分散剂为醇胺，所述有机粘接剂为PVA或水溶性树脂。本发明柔性透明导电膜用IGZO材料，用于磁控溅射生产透明导电膜的生产过程更易控制，溅射过程不需要加热就能制造出透明非结晶导电薄膜，可以方便的制造在聚氨酯等柔性基材上，而且此导电膜具有优良的可卷绕性能，在柔性显示器的生产中将更具有优势。本发明生产的透明导电膜电阻率小于7Χ10_4Ω · cm，可见光透过率G00-700nm)
大于83%，满足各种透明导电膜要求，可以预见未来将在高亮度及柔性显示领域得到推广应用。以上对本发明所提供的IGZO材料的构成及生产方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种柔性透明导电膜用金属氧化物半导体材料，其特征在于制备所述金属氧化物半导体材料的原料为纯度大于99. 99%、平均粒径为0. 01-100微米的SiO、In2O3和Gei2O3的高纯粉体粉，其重量份配比为ZnO 0. 5-15份；In2O3I-IO份；Ga2O3O. 5-9份。
2.一种柔性透明导电膜用金属氧化物半导体材料的制备方法，其特征在于所述制备方法包括下列步骤Α.将纯度大于99. 99%、平均粒径为0. 01-100微米的SiO、In2O3和Ga2O3的高纯粉体粉，按重量份配比为ZnO 0. 5-15份；In2O3 1-10份，Ga2O3 0. 5-9份的比例称量、混合均勻；B.将步骤A的混合粉体与重量份为0.2-1份的去离子纯水混和，加入0. 002-0. 05份的有机分散剂，球磨混合12小时以上；C.将步骤B所得的料浆，加入0.005-0.09份的有机粘接剂，再球磨0.5-6小时；D.对步骤C的产物进行喷雾干燥造粒，得平均粒子径10-300微米的靶材原料。
3.如权利要求2所述的柔性透明导电膜用金属氧化物半导体材料的制备方法，其特征在于所述制备方法还包括下列步骤Α、坯体成型将靶材原料制备成相对密度大于48%的坯体；B、将坯体在氧气氛炉或流通空气炉中250-650°C下脱除有机分散剂和有机粘接剂，升温到1350-1650°C在氧气氛炉或空气炉中烧结致密，得到相对密度大于98%的金属氧化物半导体材料。
4.如权利要求3所述的柔性透明导电膜用金属氧化物半导体材料的制备方法，其特征在于所述有机分散剂为醇胺类。
5.如权利要求4所述的柔性透明导电膜用金属氧化物半导体材料的制备方法，其特征在于所述有机粘接剂为PVA或水溶性树脂。
6.如权利要求5所述的柔性透明导电膜用金属氧化物半导体材料的制备方法，其特征在于坯体成型方法为用金属模1-5吨/cm2的压力成型或以冷等静压成型或凝胶注模成型或注射成型。
7.如权利要求1-6之任一所述的柔性透明导电膜用金属氧化物半导体材料的制备方法，其特征在于所述金属氧化物半导体材料是相对密度大于98%的氧化物半导体材料用于磁控溅射制造透明导电薄膜。
全文摘要
本发明公开了一种柔性透明导电膜用金属氧化物材料及其制备方法，制备所述金属氧化物半导体材料的原料为纯度大于99.99％、平均粒径为0.01-100微米的ZnO、In2O3和Ga2O3的高纯粉体粉，其重量份配比为ZnO 0.5-15份；In2O3 1-10份；Ga2O3 0.5-9份。本发明是以氧化锌和三氧化二铟及三氧化二镓为主体成份生产的柔性透明导电膜用IGZO材料，用于磁控溅射生产透明导电膜的生产过程更易控制，溅射过程不需要加热就能制造出透明非结晶导电薄膜，可以方便的制造在聚氨酯等柔性基材上，而且制造的导电膜具有优良的可卷绕性能，在柔性显示器的生产中将更具有优势。
文档编号C04B35/622GK102320838SQ201110118679
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月10日 优先权日2011年5月10日
发明者孔伟华 申请人:孔伟华