专利名称：一种利用准分子激光提高柔性azo薄膜光电性能的方法
技术领域：
本发明涉及光电信息功能材料加工方法领域，具体为一种利用准分子激光提高柔性AZO薄膜光电性能的方法。
背景技术：
透明导电氧化物薄膜是一种优良的光电功能薄膜，它在可见光范围内具有高透过率，红外区具有高反射率，并且具有接近金属的低电阻率，这一系列优点使其在电子信息产业得到广泛的应用，如太阳能电池，平板显示，红外热反射镜等。透明导电氧化物薄膜种类很多，主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料，目前铟锡氧化物(ΙΤ0)薄膜研究最为广泛，但是ITO薄膜材料稀少，价格昂贵，给ITO薄膜的广泛应用但来很大的不便。近几年发现铝掺杂氧化锌(AZO)透明导电膜的光电性能与ITO薄膜性能相当，且价格便宜，无毒，在氢等离子体等特殊场合下性能稳定，ITO薄膜则无法相比，因此进一步研究的空间很大，有望成为ITO薄膜的代替品。到目前为止透明导电薄膜的制备通常在玻璃衬底上沉积获得，但玻璃衬底存在材质脆、不易变形等缺点，因此在某些方面限制了透明导电薄膜的应用。与在玻璃衬底上制备的透明导电薄膜相比，在柔性衬底上制备的透明导电薄膜具有可折叠、重量轻、不易碎、易于大面积生产、便于运输和设备投资少等独特的优点。这种薄膜可广泛应用于制造塑料液晶显示器和柔性太阳能电池，可以从根本上解决玻璃衬底易碎的问题，利用其在红外区的高反射率还可作为透明隔热保温材料用于塑料大棚、汽车玻璃和民用建筑玻璃贴膜等。随着薄膜制备工艺的逐步成熟，柔性衬底透明导电薄膜有望获得更加广泛的应用。但是与玻璃衬底相比柔性衬底一般都不耐高温，因此薄膜的沉积需在低温下进行，然而太低的温度不利于薄膜的结晶，对薄膜与衬底之间的附着力也有很大的影响。为了克服以上缺点，人们已做了许多尝试对衬底材料进行处理，其主要采用等离子体法或化学处理法。然而，这些方法会对柔性材`料的表面造成严重的物理和化学损伤，衬底的透过率明显降低。此外用现有的沉积技术在柔性衬底上生长的AZO透明导电薄膜，由于必须在低温下进行，薄膜不易结晶，电阻率偏大，很难满足工业的要求。而且AZO透明导电膜的沉积技术也受到了限制，一些成本低、操作工艺简单，但必须经过后续高温退火的沉积技术得不到有效的利用。准分子激光退火技术引进，使退火温度大幅度降低，将此难题解决，并且使各种制备技术被有效利用。在准分子激光退火过程中，激光束照射到薄膜上使薄膜快速熔融并再结晶，由于时间极短，脉冲激光能量只会对薄膜表面产生影响，从而避免了高温处理对衬底的损伤和长时间高温加热引起的衬底与薄膜间的杂质扩散。
发明内容
本发明的目的是提供一种一种提高柔性铝掺杂氧化锌薄膜光电性能的方法，以解决现有技术存在的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种利用准分子激光提高柔性AZO薄膜光电性能的方法，其特征在于:采用柔性衬底，并在柔性衬底上制备铝掺氧化锌薄膜，利用准分子激光退火装置对铝掺氧化锌薄膜进行退火处理，通过改变准分子激光退火装置出射激光束的参数来调节光束能量密度，从而使铝掺氧化锌薄膜达到最佳退火效果。所述的一种利用准分子激光提高柔性AZO薄膜光电性能的方法，其特征在于:所述柔性衬底为柔性透明聚酯薄膜材料制成，优选聚乙烯对苯二甲酯材料，或者是聚酰亚胺材料，或者是聚碳酸酯材料，或者是聚醚砜材料。所述的一种利用准分子激光提高柔性AZO薄膜光电性能的方法，其特征在于:所述铝掺杂氧化锌薄膜通过现有AZO薄膜制备技术制备在柔性衬底上，优选磁控溅射法，或者是脉冲激光沉积法，或者是溶胶凝胶法，或者是真空蒸镀法。所述的一种利用准分子激光提高柔性AZO薄膜光电性能的方法，其特征在于:所述准分子激光退火装置包括承载柔性衬底的基底、依次设置在基底上方的凸透镜、光阑、光束均匀器、反射镜，以及准分子激光器和准分子激光器的电源控制器，所述准分子激光器的出射激光束光经过反射镜反射后，再依次经过光束均匀器均匀、光阑调节、凸透镜会聚至的柔性衬底上的铝掺氧化锌薄膜。所述的一种利用准分子激光提高柔性AZO薄膜光电性能的方法，其特征在于:所述准分子激光器优选KrF激光器，或者是ArF激光器，或者是XeCl激光器，或者是XeF激光器。所述的一种利用准分子激光提高柔性AZO薄膜光电性能的方法，其特征在于:所述光束均匀器由一组光楔组成。本发明方法不会对柔性衬底材料造成任何损伤，且能明显提高铝掺氧化锌薄膜的光电性能。由于铝掺氧化锌薄膜晶化过程存在一个阈值条件，只有当激光能量密度超过一定的阈值后，铝掺氧化锌薄膜的微观结构和物性才会发生显著变化，而能量密度过大铝掺氧化锌薄膜表面则会出现激光烧孔现象，因此本发明通过调节准分子激光退火装置的能量密度，在极短的时间内薄膜表面达到很高的温度且不损伤柔性衬底材料，提高了薄膜的结晶程度，从而大幅度降低了薄膜的电阻率。本发明与现有技术相比，具有明显的优势和有益效果:
(I)铝掺氧化锌薄膜材料经过准分子激光退火处理，消除了沉积过程中薄膜产生的晶格缺陷。(2)由于脉冲激光退火技术具有使材料快速升温和冷却的特点，从而避免了高温处理过程对柔性衬底的损伤。(3)通过对激光能量密度的调整实现对铝掺氧化锌薄膜材料微观结构的调整，使薄膜快速熔融并晶化，使薄膜光电性能得到明显提高。(4)准分子激光退火技术铝掺氧化锌薄膜的沉积在室温下就可以进行，从而使各种薄膜沉积技术得到有效的利用。
图1准分子激光退 火装置的光学系统结构示意图。
图2准分子激光退火装置中的经过光束均匀器的光路示意图。图3准分子激光退火装置中的光束均匀器结构示意图。图4准分子激光退火装置中的光束均匀器结构A向投影图。
具体实施例方式选取柔性PET衬底8，并进行清洗；在PET衬底8上利用薄膜沉积技术生长一层铝掺氧化锌薄膜7 ;将生长有铝掺氧化锌薄膜7的PET衬底8放置于基座9上，利用准分子激光退火对该薄膜进行辐照。如图1所示，准分子激光退火装置装置包括:用于提供激光的准分子激光器I ;用来调节电压、脉冲频率以及激光能量的电源控制器2 ;反射镜3 ;将激光整形为正方形状的光束均匀器4 ;将整形过的激光变成规定尺寸的方形光阑5 ;用来调整光斑大小的凸透镜6 ；生长有铝掺杂氧化锌薄膜7的柔性PET基板8 ;承载该基板的基座9。在本发明的实施例装置中使用KrF准分子激光器l，KrF准分子激光器I射出的激光束为矩形光斑，光斑大小为8_X20mm。由于激光器在用过一段时间后光斑会发散,光束的均匀性变差，光斑大小很难确定。所以在本发明的实施例装置中在激光行程路线上加入光束均匀器4，光束均匀器4由四个光楔10组成，图3为光束均匀器4的结构图，四个光楔10分两面正交放置，图4为图3中装置的A向投影图。图2为本发明实施例的准分子激光退火装置中的经过光束均匀器的光路示意图，激光束经过图3所示结构的光束均匀器4后，光束被分割成九部分并折向同一位置，光束能量变得更集中、更均匀，并且被整形为方形光斑。在方形光斑处加一所需尺寸的方形光阑5得到所需光斑，被整形光束最后经过凸透镜6被放大并直接照射到生长有铝掺杂氧化锌薄膜7的柔性基板8上进行退火。退火所用的激光束的能量、脉冲频率 由电源控制器2调节。方形尺寸的光斑大小便于测量，通过激光能量值就可以计算出能量密度大小。
权利要求
1.一种利用准分子激光提高柔性AZO薄膜光电性能的方法，其特征在于:采用柔性衬底，并在柔性衬底上制备铝掺氧化锌薄膜，利用准分子激光退火装置对铝掺氧化锌薄膜进行退火处理，通过改变准分子激光退火装置出射激光束的参数来调节光束能量密度，从而使铝掺氧化锌薄膜达到最佳退火效果。
2.根据权利要求1所述的一种利用准分子激光提高柔性AZO薄膜光电性能的方法，其特征在于:所述柔性衬底为柔性透明聚酯薄膜材料制成，优选聚乙烯对苯二甲酯材料，或者是聚酰亚胺材料，或者是聚碳酸酯材料，或者是聚醚砜材料。
3.根据权利要求1所述的一种利用准分子激光提高柔性AZO薄膜光电性能的方法，其特征在于:所述铝掺杂氧化锌薄膜通过现有AZO薄膜制备技术制备在柔性衬底上，优选磁控溅射法，或者是脉冲激光沉积法，或者是溶胶凝胶法，或者是真空蒸镀法。
4.根据权利要求1所述的一种利用准分子激光提高柔性AZO薄膜光电性能的方法，其特征在于:所述准分子激光退火装置包括承载柔性衬底的基底、依次设置在基底上方的凸透镜、光阑、光束均匀器、反射镜，以及准分子激光器和准分子激光器的电源控制器，所述准分子激光器的出射激光束光经过反射镜反射后，再依次经过光束均匀器均匀、光阑调节、凸透镜会聚至的柔性衬底上的铝掺氧化锌薄膜。
5.根据权利要求4所述的一种利用准分子激光提高柔性AZO薄膜光电性能的方法，其特征在于:所述准分子激光器优选KrF激光器，或者是ArF激光器，或者是XeCl激光器，或者是XeF激光器。
6.根据权利要求4所述的一种利用准分子激光提高柔性AZO薄膜光电性能的方法，其特征在于:所述光束均匀器 由一组光楔组成。
全文摘要
本发明公开了一种利用准分子激光提高柔性AZO薄膜光电性能的方法，利用准分子激光器对柔性铝掺杂氧化锌(简称AZO)薄膜进行激光退火，从而提高其光电性能的方法。该方法包括首先利用脉冲激光沉积等方法在柔性衬底上生长一层AZO薄膜，接着利用准分子激光退火装置对该薄膜进行退火。本发明的特点是高功率脉冲激光束照射到AZO薄膜上，在极端的时间内薄膜表面达到很高的温度且不损伤柔性衬底材料，提高了薄膜的结晶程度，大幅度降低了薄膜的电阻率，使薄膜的光电性能得到改善。
文档编号C23C14/58GK103074593SQ201210585439
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者邵景珍, 方晓东, 董伟伟, 邓赞红 申请人:中国科学院安徽光学精密机械研究所