用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜装置的制作方法

专利名称：用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜装置，具体涉及一种用于在基于石墨烯的电容式触摸屏的石墨烯薄膜上生成TCO透明导电薄膜的溅射镀膜装置，属于透明导电电极膜层制备技术领域。
背景技术：
透明导电薄膜是生产液晶显示器、OLED显示器、薄膜太阳能电池、触摸屏、电磁屏蔽等产品所必需的部件。近年来，随着信息技术和产品的发展，透明导电薄膜的市场需求越来越大。所述透明导电薄膜必须同时满足两种条件①对可见光(波长λ在380 760nm范围内)的透射率高，可见光的平均透过率Tavg > 80% ;②电导率高，电阻率在10_3Ω . cm以下，才能使用在透明导电膜电极上。常用的膜层为CVD (化学气相沉积)方式镀制的FTO (掺氟的氧化锡)，PVD (物理气相沉积)方式镀制的ITO (氧化铟锡)、AZO (掺铝的氧化锌)等膜层。所述PVD方式主要为溅射镀膜方式。现有的单片电容式触摸屏(图1为现有技术的单片电容式触摸屏的结构示意图)包含基片100、透明导电电极层101、金属电极层102，其中，透明导电电极层101常用ITO膜层。

虽然由现有的工艺生产的ITO薄膜具有高导电性和透明度，能基本满足部分电子产品对该两项技术指标的需要，但是仍存在很多难以克服的困难=(I)ITO很脆易碎，因此应用时容易被磨损或者在弯曲时出现裂纹、脱落而影响使用寿命。(2)IT0成膜后需要高温处理才能达到高导电性，当使用塑胶基片时，由于处理温度受限，薄膜导电性和透明度均较低。(3)受原材料、生产设备和工艺的影响，ITO薄膜将会越来越昂贵。这是因为一方面，ITO的主要成分是铟，其储量非常有限，目前的全球年产约为500吨；另一方面，ITO的成膜工艺必须使用高质量的ITO靶材，成膜所需的高质量ITO靶材生产技术又主要控制在日本、美国、欧洲等国家。以上技术缺陷和未来市场走向使发展新材料来取代ITO成为工业界急需解决的课题，而TCO膜层中的FTO和AZO成为了替代ITO材料的首选，另外石墨烯也是一种潜在的优质替代材料。FTO的导电性比ITO略差，却具备激光刻蚀容易、光学性能适宜、容易在镀膜过程中直接得到绒面结构、价格相对低等优点。因此，目前FTO已经成为生产非晶硅薄膜光伏电池的主要TCO玻璃原料，但由于其导电性能较差，还没有在显示行业如触摸屏产品中得到应用。而且FTO膜层需要高温制作，设备投入巨大，往往是在浮法玻璃公司进行在线生产。AZO (铝掺杂的氧化锌)薄膜具有原料廉价、无毒、光电性能与ITO相近、性价比优异、易于制备、生产成本低等优点。一般使用溅射方式的PVD设备制作AZO膜层，且制作过程需要高温处理；因为基片上的膜层在高温情形下才能形成结晶，消除AZO膜层的内部缺陷。而高温处理则需要设备零部件能够承受高温且长期运行稳定，这样会导致设备投入成本、维护成本增加，且设备状态难以稳定。而制作出来的AZO电阻率往往在10_3Ω. cm数量级，无法达到前电极101所需要的10_4Ω . cm数量级，因此在显示行业没有得到广泛的应用。另一种可以作为透明导电电极的材料为石墨烯材料，石墨烯具有作为透明导电材料的极佳性能，具体表现为(I)石墨烯的透过率在可见光波段与波长无关。因此，可见光透过率因波长不同而引起的变化较少，透射光谱几乎为平坦状态。(2)石墨烯的色调完全无色。导电薄膜越是无色就越容易在触摸显示屏上忠实地再现图像颜色。(3)石墨烯具有高达97. 4%的透射率。(4)石墨烯的在透过率维持在95%范围内时，方块电阻仍可达到125Ω/ □，已经达到了工业界透明电极的质量标准(20(Γ900Ω/ 口)。本领域公知地，在透明导电材料中，光线透过率与方块电阻值之间存在此消彼长的关系，即为了降低方块电阻而增加石墨烯薄膜的厚度，透过率会随之下降；相反，为了提高光线透过率而减薄膜厚，方块电阻值就会上升。所以，在保证透光率的前提下，通过适当增加石墨烯膜厚及掺杂等技术途径，将导电膜的方块电阻降至最低，在这方面石墨烯具有很大的潜力。但在实际应用当中，因为石墨稀导电层本身仅有2 3个置层,厚度仅为Inm左右，所以膜层附着性与抗摩擦性很差。在后道制程加工过程中，极易受到外界因素的破坏。为了对其进行保护，目前的做法是石墨烯薄膜表面加贴一层PET材质的保护膜层，但PET保护膜层会造成膜层本身的透过率下降。同时，加贴的PET保护膜不能进行激光刻蚀，所以在成膜后，激光刻蚀前的这段制程当中，石墨烯薄膜没有保护，极易出现破损。为了克服石墨烯易于脱落和/或易于破损的问题，可以将石墨烯薄膜与TCO材料(如ΑΖ0，FTO材料)相互结合，形成优势互补，制备出一种具有基片/石墨烯/TCO结构的透明导电电极膜层，即利用石墨烯膜层的高透过率、高电导率来降低TCO膜层的电阻率，保持高透过率；利用TCO膜层提高石墨烯透明导电膜层的附着性，并对石墨烯薄膜进行保护，既避免了石墨烯易脱落破损 的问题，又解决了 TCO膜层电阻率过高的问题，从而得到一种性能优异的透明导电电极膜层，如在先申请CN201210490570.4公开的用于电容式触摸屏的透明导电膜层。TCO膜层一般使用溅射方式的PVD设备制作。现有技术的溅射镀膜装置包括真空腔体104 (也称为真空室)、靶105、基片106 (图2是现有技术的溅射镀膜装置示意图)。真空腔体104提供一个真空环境，在溅射镀膜过程中接地，同时为阳极；靶105为溅射镀膜方式中的阴极；基片106在溅射镀膜方式中可以有三种方式接地、悬浮或单独接某一电位(即为偏压)。溅射镀膜的机理为在一定真空条件下通入Ar气，给靶、真空室壁加上正负电形成电场，形成辉光放电。辉光放电时电子在电场作用下变成高能电子(电场电势越高，电子能量越高);高能电子碰撞Ar原子，使Ar原子电离成正离子(即Ar+离子)以及二次电子；二次电子在电场作用下也变成高能电子，会继续碰撞Ar原子产生电离，从而继续产生更多的Ar+离子和二次电子；如此循环即形成“雪崩”。Ar原子发生电离时，其内部的电子发生跃迁，此时可观察到真空腔体104内，在溅射靶和基片之间形成光芒，光芒越强处发生电离越多，此时空间形成等离子体。Ar+离子在电场作用下飞向靶面(由于靶为阴极，带负电位)，并碰撞靶材表面，溅射出靶材粒子；靶材粒子飞向基片，并在基片上沉积形成一层薄膜。在现有的溅射镀膜装置中，真空腔体104接地，电位为O ;靶105接负极，电位Ul —般为-30(T-500V，最低时为-1OOV左右，最高时为-600V (仅对AZO薄膜而言);基片106接地、或悬浮或接某一电位，在镀制TCO薄膜时，基片106 —般是接地或悬浮。基片106悬浮时其电位为-5疒-20V之间。这样基片就放置在靶105和阳极(指真空腔体)之间，电子在电位差的作用下立即变成高能电子，使Ar原子电离，之后产生“雪崩”，最终使靶材原子被溅射出来，沉积到基片上。采用现有技术在石墨烯薄膜上生成透明导电电极膜层，极易对石墨烯薄膜造成刻蚀，而且所得TCO膜层存在错位、空穴等缺陷。现有技术中，为了降低TCO的电阻率，一般采用高温处理，但是高温处理时基片需要承受较高的温度，设备零部件也长期承受较高的温度。同时，高温处理使基片表面的温度的均匀性不好，导致基片的电阻率不均匀。因此需要研发一种在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的制备技术，以制备出具有基片/石墨烯/TCO结构，且性能优异的透明导电电极膜层。可以此透明导电电极膜层替代现有电容式触摸屏中的ITO膜层，实现降低生产成本和提高产品性能的目的。

发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜装置，基于所述的溅射镀膜装置，可以在石墨烯薄膜上溅射镀膜，生成透明导电薄膜，制备出如基片/石墨烯/TCO的结构。本发明的目的之二在于提供一种用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜方法，所述的溅射镀膜方法使用如目的之一提供的溅射镀膜装置。本发明的目的之三是提供一种如目的之二所述的用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜方法的用途。

基于所述的溅射镀膜装置，在石墨烯薄膜上生长透明导电薄膜的方法，应当不破坏石墨烯薄膜的晶格结构，同时还应当能够减少TCO膜层当中的缺陷的问题。本发明提供的用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜方法，应当能够在溅射镀膜的过程中保护石墨烯薄膜不被蚀刻，并降低TCO膜层当中的缺陷从而降低电阻率，制备出性能优异的透明导电电极膜层，替代现有ITO材料，实现降低生产成本和提高产品性能的目的。本发明目的之一是通过如下技术方案实现的现有的溅射镀膜装置包括真空腔体、靶材和基片，所述真空腔体接地，靶材接负电，基片接正电、悬空或接地，本发明提供的用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜装置对现有的溅射镀膜装置进行改进，在所述靶材和基片之间设中性原子可通过的阳极装置，所述阳极装置的电位高于基片。图3为本发明提供的溅射镀膜装置的结构示意图。本发明所述的阳极装置的材料选自本领域技术人员公知的任何一种能够用作电极的材料，典型但非限制性的实例有铁、不锈钢、银、铜、铝、金等。通过本发明提供的溅射镀膜装置在石墨烯薄膜上溅射镀制TCO薄膜，能够达到防止TCO膜层生长过程中对石墨烯薄膜的刻蚀作用，减少或消除溅射镀制的TCO电极膜层的内在缺陷，降低电极的电阻率，其机理如下首先，在真空磁控溅射中，当氩离子(Ar+)等正离子轰击TCO靶材的过程中，会轰击出Sn、Al、Zn、0等中性原子，这些中性原子运动到石墨烯薄膜表面，相互结合沉积下来形成TCO膜层；但是在轰击靶材的过程中还会产生一定量的氧负离子(0_)，这些0_离子在阴极靶材-20(T-600V电压的加速下会飞向基片，轰击石墨烯膜层和已沉积的膜层，不仅容易蚀刻极薄的石墨烯薄膜(O. 3^2nm),而且会对已沉积的TCO膜层造成大量的损伤，使得TCO膜层上形成错位、空穴等缺陷，从而导致膜层电阻率提高。在本发明中，基片和靶材之间，设置电位高于基片的阳极装置。氩离子轰击靶材产生的O—离子在到达基片之前，被阳极装置吸引，而碰撞到阳极装置后失去电子变成电中性，从而解决了负离子对石墨烯膜层和已沉积的TCO膜层的碰撞，保护了石墨烯薄膜，减少了膜层产生的错位、空穴等缺陷，以降低基片的电阻率。阳极装置仅需吸引负离子即可，不能把靶材溅射出来的粒子全部挡住，从而导致基片上无法沉积膜层；所以阳极装置设为中性原子可通过的装置。阳极装置只需保证电位高于基片点位即可保证负离子被吸附，而阳极装置只需保证有通道连通基片和靶材即可保证中性粒子通过，阳极装置的具体形状本发明不做具体限定。典型但非限制性的阳极装置有带正电的“田”形阳极装置；带正电的“X”形阳极装置；带正电的“回”形阳极装置；带正电的“O”形阳极装置；带正电的“#”形阳极装置；带正电的“◎”形阳极装置；带正电的“☆”形阳极装置中的任意I种或至少2种的组合。本发明所述的阳极装置的电位比基片电位高0-10V，优选2-10V，例如O. 3V、1. 4V、
2.2V、2. 8V、3. 2V、3. 6V、4. 0V,4. 7V、5. 3V、5. 8V、6. 4V、7.1V,7. 7V、8. 4V、8. 9V、9. 6V 等。所述阳极装置的电位至少应当比基片的电位高，因此，本发明“所述的阳极装置的电位比基片电位高0-10V”的范围内并不包括0V。优选地，所述阳极装置与基片间的距离是靶材与基片间距离的10%_30%，例如11%、14%、16%、22%、24%、26%、28% 等，优选 10%_15%。作为本发明的一个实施方式，本发明所述的溅射镀膜装置中，在靶材和基片之间设两个以上的阳极棒，所述阳极棒的排布面与基片平行，所述阳极棒的电位高于基片。本发明对阳极棒的数量不做具体限定，优选地，所述阳极装置为2-10根阳极棒，所述阳极棒的排布面与基片平行。典型但非限制性的阳极装置的实例为3根阳极棒、4根阳极棒、5根阳极棒、6根阳极棒、7根阳极棒、8根阳极棒、9根阳极棒、10根阳极棒等。本发明对阳极棒的截面不做具体限定，本发明可以根据实际需要进行选择，形状可以是圆形、三角形、正方形、长方形、椭圆形等等，截面的大小也可根据实际需要进行选择，只需保证中性粒子能够通过，负电离子被阳极装置吸附即可。优选地，所述阳极棒的排布面与基片间的距离是靶材与基片间距离的10%_30%，例如 11%、14%、16%、22%、24%、26%、28% 等，优选 10%_15%。为了保证镀膜的均匀性，降低整片基片上的TCO膜层的电阻率，克服基片的电阻率不均匀的问题，本发明所述阳极装置优选具有中空的腔体，所述中空的腔体内通入氩气，并将氩气分散在真空室中。本发明将阳极装置设计成中空，并在阳极装置的中空腔内通入氩气，并将氩气分散在真空室中，以便实现镀膜时气氛的均匀性，达到基片上的TCO膜层均匀一致。

本发明所述的“将氩气分散在真空室”的过程是本领域技术人员很容易想到的，例如可以在真空腔体上设置气孔，本发明不做具体限定。优选地，本发明所述阳极装置为2-10根中空管，例如3根中空管、5根中空管、7根中空管、8根中空管、9根中空管等；氩气通过中空管分散在真空室中；所述中空管的排布面与基片平行。优选地，所述中空管的排布面与基片间的距离是靶材与基片间距离的10%_30%，例如 11%、14%、16%、22%、24%、26%、28% 等，优选 10%_15%。作为优选技术方案，本发明所述阳极棒为一端封堵的空心管，所述空心管朝向靶材方向的管壁上开有出气孔I，保证通入的氩气能在流出时均匀散开。优选地，所述出气孔I均匀分布在空心管朝向靶材方向的半圆柱面上。优选地，所述出气孔I 的孔径为 O. 3-lmm,例如 O. 31mm、0. 37mm、0. 45mm、0. 49mm、0. 57mm、0. 65mm、0. 7mm、0. 77mm、0. 79mm、0. 84mm、0. 92mm、0. 97mm 等，优选 0· 3-0. 5mm。优选地，所述出气孔I的孔间距为O. 4-1. 2mm,例如O. 42mm、0. 48mm、0. 53mm、
0.58mm、0. 65mm、0. 72mm、0. 79mm、0. 85mm、0. 93mm、0. 99mm、1. 03mm、1. 06mm、1. 1mm、1. 13mm、
·1.16mm、1. 19mm 等，优选 0· 4-0. 8mm。作为最优选技术方案，本发明所述阳极棒为一端封堵的空心管，所述空心管朝向靶材方向的管壁上开有出气孔II，出气孔II装有气流分散器。本发明对阳极棒上的出气孔II的个数没有限定，只需要保证Ar气体能够均匀分散流出，分散在真空腔体中即可，典型但非限制性地，阳极棒上出气孔II的个数为3-10个，例如在阳极棒上出气孔II的个数为 4、5、6、7、8、9 等。优选地，所述气流分散器包括气体流通部件和气体喷出部件，所述气流流通部件与出气孔II相连接，气体喷出部件上分布有多个喷孔。优选地，所述气体喷出部件为花洒状喷头。优选地，所述喷孔同心分布，且呈球面均匀分布。优选地，所述喷孔的孔径为O. 3-lmm,例如 O. 31mm、0. 37mm、0. 45mm、0. 49mm、
0.57mm、0. 65mm、0. 7mm、0. 77mm、0. 79mm、0. 84mm、0. 92mm、0. 97mm 等，优选 0· 3-0. 5mm。优选地，所述喷孔的孔间距为O. 4-1. 2mm,例如 O. 42mm、0. 48mm、0. 53mm、0. 58mm、
0.65mm>0. 72mm、0. 79mm、0. 85mm>0. 93mm、0. 99mm、1. 03mm、1. 06mm、1. 1mm、1. 13mm、1. 16mm、
1.19mm 等，优选 0. 4-0. 8mm。Ar气从空心管未封堵的一头进入，经过气流分散器向靶材一面的四周均匀分散开进入真空腔体。在通入Ar气体的过程中，空心管的出气孔上配置了气流分散器，以实现每一出气孔的气流大小的一致性；同时气流分散器还可以实现气体流出时在空间范围内能够快速的均匀散开，以快速达到均匀镀膜的气氛。气体在空心管未封堵一头进入，从出气孔上配置的气流分散器喷孔流出，由于气流分散器上的喷孔同心分布，且呈球面均匀分布，可以实现气流向空间流出时是均匀分散的，更加利于均匀镀膜。优选地,本发明所述的靶材接负压,保持靶材的电位为-20(T-600V，例如-202V、-216V、-245V、-278V、-298V、-324V、-365V、-390V、-423V、-445V、-487V、-520V、-538V、-566V、-585V 等，优选-30(T-500V。优选地，所述基片接地、悬浮或接负点压，所述基片的电位为_5'20V，例如-5. 2V、-5. 8V、-9. 6V、-11. 4V、-14. 5V、-18V、-19. 3V、-19. 6V 等。优选地,所述真空腔体接地。
优选地，所述阳极装置接地，或接-KT+10V的电压。本发明只需要保证阳极装置的电位比基片电位高0-10V，对于阳极装置的具体电位没有具体限定。本发明的目的之二是通过如下技术方案实现的一种用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜方法，所述方法采用如目的之一所述的溅射镀膜装置进行，包括如下步骤( I)在真空腔体内，将覆有石墨烯薄膜的基片安装在靶材的相对的一侧；(2)排除真空腔体内的空气，通入氩气，保持真空腔体内的压力为O. 4-0. 6Pa，例如
O.41Pa、0. 47Pa、0. 5Pa、0. 53Pa、0. 58Pa 等，优选 0. 5Pa ；(3)给靶接通负电压，真空腔体的室壁接地，基片与地绝缘保持负电压，阳极装置接地或接通大于或等于基片电位的电压，电场作用下进行溅射镀膜，得到覆有TCO膜层的石墨烯薄膜；其中阳极装置的电位比基片的电位高2-10V。本发明提供的如目的之二所述的用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜方法，能够用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜，优选用于在石墨烯薄膜上生成TCO透明导电薄膜，进一步优选用于在石墨烯薄膜上生成AZO透明导电薄膜或FTO透明导电薄膜。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果(I)本发明在所述靶材和基片之间设中性原子可通过的阳极装置，能够吸附Ar+离子等等离子体轰击TCO靶材的过`程中形成的O—离子，避免了 O—离子轰击基片表面的石墨烯薄膜，导致石墨烯薄膜被刻蚀的问题；并解决了已沉积TCO膜层易错位、有空穴等的缺陷，实现了在石墨烯薄膜上生成透明导电电极膜层并且不破坏石墨烯膜层的目标；(2)本发明通过对阳极装置的结构进行选择，使得阳极装置同时能够起到输送Ar气体的作用，并进一步地能够均匀分散Ar气体在真空腔体内，从而达到均匀镀膜的气氛，实现均匀镀膜，减小透明导电膜的电阻率的作用；(3)本发明提供的制备透明导电薄膜膜层的方法，工艺简单，成本低，所得产品性能优异。


图1为现有技术的单片电容式触摸屏的结构示意图；图2是现有技术的溅射镀膜装置示意图；图3是本发明所述溅射镀膜装置的结构示意图；图4是本发明一种实施方式所述正极装置的结构示意图；图5是本发明一种实施方式所述阳极棒的结构示意图；图6是本发明一种实施方式所述气体分散器的剖面示意图；图7是本发明一种实施方式所述气体分散器的B向示意图；其中，100 :基片；101 :透明导电电极层；102 :金属电极层；104 :真空腔体；105 :靶材；106 :基片；U1 :靶材所接电压；U2 :基片所接电压；U3 阳极装置所接电压；107-1 :阳极棒；107-2 :端头螺丝；107-3 :气流分散器;107_3a :气体流通部件；107-3b :气体喷出部件；107-3c :喷孔。
具体实施例方式为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。实施例1一种用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜装置，包括真空腔体104、靶材105和基片106，所述靶材105接负电Ul (-300V)，基片106接电压U2 (+15V)，所述靶材105和基片106之间设中性原子可通过的阳极装置107，结构如图3所示(图3是本实施例所述溅射镀膜装置的结构示意图)，所述阳极装置为铝材质，且接电压U3 (+20V);所述靶材与基片间距离为10cm，所述阳极装置与基片间的距离是3cm，为靶材与基片间距离的30% ；所述阳极装置为设计成空心气管的4根阳极棒107，所述阳极棒107包含气管107-1、端头螺丝107-2、气流分散器107-3，阳极棒107处于悬浮状态或与真空腔室104连接，且阳极棒107的一端与氩气相通，另一端封堵，所述阳极装置如图4所示(图4是实施例1所述正极装置的结构示意图)。本实施例所述阳极棒的结构如图5所示(图5是本实施例所述阳极棒的结构示意图)。Ar气从气管107-1的一头进入，经过气流分散器107-3向四周均匀分散开，之后进入真空腔体。在此过程中，端头螺丝107-2可以堵住气管内的气体向气管的另一头流出；气管107-1上配置了若干个气流分散器107-3，这样可以实现每一处气流的大小是一致的；而气流分散器107-3可以实现气体流出时在空间范围内均匀散开，达到均匀镀膜气氛的目的；其中，气流分散器107-3包括气体流通部件107_3a和气体喷出部件107_3b (图6是本实施例所述气体分散器的正视图；图7是本实施例气体分散器的左视图)。如图6所示，箭头为气流方向，气体从左侧的气体流通部件107-3a进入，经过气体喷出部件107-3b的若干喷孔107-3C流出；这些喷孔107-3C是同心分散孔，且呈球面均匀分布。如图7所示，若干喷孔107-3C是呈球面方式均匀分布的，这样能够保证气流向空间流出时是均匀分散的。其中，所述喷孔的孔径为O. 5mm,喷孔的孔间距为O. 6mm ；本领域技术人员应该明了，图6、图7仅为示意图，所以喷孔的个数不多，位置也仅画在了气体喷出部件的中心部位；实际的气体流出部件可根据要求(喷孔同心分布，且呈球面均匀分布)进行孔位的分布设计。实施例2一种用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜装置，主要结构与实施例1相同，仅靶材接负电压-100V，基片接电压+5V，阳极装置接电压+12V，所述靶材与基片间距离为8cm，所述阳极装置与基片间的距离是1. 2cm，为靶材与基片间距离的15% ；所述气流分散器的喷孔的孔径为O. 3mm,喷孔的孔间距为O. 4mm。实施例3一种用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜装置，主要结构与实施例1相同，仅靶材接负电压-600V，基片接电压+20V，阳极装置接电压+2IV，所述靶材与基片间距离为6cm，所述阳极装置与基片间的距离是2. 7cm， 为靶材与基片间距离的45% ；
所述气流分散器的喷孔的孔径为1臟，喷孔的孔间距为1. 2mm。实施例4一种用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜装置，主要结构与实施例1相同，仅阳极装置为“田”型铝金属架，金属架的每条横置金属棒和竖置金属棒的距离相同；靶材接负电压-200V，基片接电压+10V，阳极装置接电压+20V，所述靶材与基片间距离为7cm，所述阳极装置与基片间的距离是2cm，为靶材与基片间距离的28% ；所述阳极棒为一端封堵的空心管，所述空心管朝向靶材方向的管壁上开有出气孔I，保证通入的氩气能在流出时均匀散开；所述出气孔I均匀分布在空心管朝向基片靶材方向的半圆柱面上；所述出气孔I的孔径为O. 3mm,所述出气孔I的孔间距为O. 4mm。实施例5一种用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜装置，主要结构与实施例4同，仅阳极装置为“#”金属架，金属架的每条横置金属棒和竖置金属棒的距离相同；靶材接负电压-500V，基片接电压+17V，阳极装置接电压+25V，所述靶材与基片间距离为10cm，所述阳极装置与基片间的距离是2cm，为靶材与基片间距离的20% ；所述阳极棒为一端封堵的空心管，所述空心管朝向靶材方向的管壁上开有出气孔I，保证通入的氩气能在流出时均匀散开；所述出气孔I均匀分布在空心管朝向靶材方向的半圆柱面上；所述出气孔I的孔径为1mm，所述出气孔I的孔间距为1. 2mm。实施例6一种用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜方法，所述方法采用如实施例I所述的溅射镀膜装置进行，包括如下步骤

(I)在真空腔体内，将覆有石墨烯薄膜的基片放置在靶材的相对一侧的基片架上；(2)排除真空腔体内的空气，通入氩气，保持真空腔体内的压力为O. 4atm ；(3)给靶接通负电压，真空腔体的室壁接通第一正电压，阳极装置接通第二正电压，电场作用下进行溅射镀膜，得到覆有TCO膜层的石墨烯薄膜；其中第二正电压比第一正电压的电位高2V。给AZO靶材接通负电压，真空腔体的室壁接通正电压，电场作用下，形成Ar+离子，Ar+离子轰击靶材溅射出O原子、Al原子、Zn原子和少量0_离子；0_离子被带正电的阳极装置吸附，无法到达基片；而靶材原子被溅射到覆有石墨烯薄膜的基片上，形成结构为基片/石墨烯薄膜/AZO的透明导电薄膜；性能测试制备得到的结构为基片/石墨烯薄膜/AZO的透明导电薄膜的电阻率。实施例7一种用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜方法，所述方法采用如实施例4所述的溅射镀膜装置进行，步骤与实施例6相同，仅真空腔内的压力位O. 5atm最后得到结构为基片/石墨烯薄膜/AZO的透明导电薄膜；性能测试制备得到的结构为基片/石墨烯薄膜/AZO的透明导电薄膜的电阻率。实施例8一种用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜方法，所述方法采用如实施例I所述的溅射镀膜装置进行，包括如下步骤
(I)在真空腔体内，将覆有石墨烯薄膜的基片放置在靶材的相对一侧的基片架上；(2 )排除真空腔体内的空气，通入氩气，保持真空腔体内的压力为O. 6atm ；(3)给靶接通负电压，真空腔体的室壁接通第一正电压，阳极装置接通第二正电压，电场作用下进行溅射镀膜，得到覆有TCO膜层的石墨烯薄膜；其中第二正电压比第一正电压的电位高IOV ；给FTO靶材接通负电压，真空腔体的室壁接通正电压，电场作用下，形成Ar+离子，Ar+离子轰击靶材溅射出O原子、Sn原子、F原子和少量0_离子；0_离子被带正电的阳极装置吸附，无法到达基片；而靶材原子被溅射到覆有石墨烯薄膜的基片上，形成结构为基片/石墨烯薄膜/FTO的透明导电薄膜；性能测试制备得到的结构为基片/石墨烯薄膜/AZO的透明导电薄膜的电阻率。对比例采用现有技术的溅射镀膜装置进行在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的方法，包括如下步骤(I)在真空腔体内，将覆有石墨烯薄膜的基片放置在靶材的相对一侧的基片架上；(2)排除真空腔体内的空气，通入氩气，保持真空腔体内的压力为O. 4-0. 6atm ；(3)给靶接通 负电压，真空腔体的室壁接通正电压，电场作用下进行溅射镀膜，得到覆有TCO膜层的石墨烯薄膜；性能测试制备得到的结构为基片/石墨烯薄膜/AZO的透明导电薄膜的电阻率。性能测试对实施例6-8和对比例得到的透明导电膜层进行如下性能测试导电性四探针方阻测试。性能测试结果如表I所示表I对实施例6-8和对比例得到的透明导电膜层的性能测试结果
权利要求
1.一种用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜装置，包括真空腔体、靶材和基片，所述真空腔体接地，靶材接负电，基片接正电、悬空或接地，其特征在于，所述靶材和基片之间设中性原子可通过的阳极装置，所述阳极装置的电位大于或等于基片的电位。
2.如权利要求1所述的溅射镀膜装置，其特征在于，所述阳极装置的电位比基片电位高 0-10V，优选 2-10V ； 优选地，所述阳极装置与基片间的距离是靶材与基片间距离的10%-30%，优选10%-15%O
3.如权利要求1或2所述的溅射镀膜装置，其特征在于，所述阳极装置为两个以上的阳极棒，所述阳极棒的排布面与基片平行； 优选地，所述阳极装置为2-10根阳极棒，所述阳极棒的排布面与基片平行； 优选地，所述阳极棒的排布面与基片间的距离是靶材与基片间距离的10%-30%，优选10%-15%O
4.如权利要求1或2所述的溅射镀膜装置，其特征在于，所述阳极装置具有中空的腔体，所述中空的腔体内通入氩气，并将氩气分散在真空室中。
5.如权利要求4所述的溅射镀膜装置，其特征在于，所述阳极装置为2-10根中空管；氩气通过中空管分散在真空室中；所述中空管的排布面与基片平行； 优选地，所述中空管的排布面与基片间的距离是靶材与基片间距离的10%-30%，优选10%-15%O
6.如权利要求5所述的溅射镀膜装置，其特征在于，所述阳极棒为一端封堵的空心管，所述空心管朝向靶材方向的管壁上开有出气孔I，保证通入的氩气能在流出时均匀散开； 优选地，所述出气孔I均匀分布在空心管朝向靶材方向的半圆柱面上； 优选地，所述出气孔I的孔径为O. 3-1_，优选O. 3-0. 5mm ； 优选地，所述出气孔I的孔间距为O. 4-1. 2mm，优选O. 4-0. 8mm。
7.如权利要求4所述的溅射镀膜装置，其特征在于，所述阳极棒为一端封堵的空心管，所述空心管朝向靶材方向的管壁上开有出气孔II，出气孔II装有气流分散器； 优选地，所述气流分散器包括气体流通部件和气体喷出部件，所述气流流通部件与出气孔II相连接，气体喷出部件上分布有多个喷孔； 优选地，所述气体喷出部件为花洒状喷头； 优选地，所述喷孔同心分布，且呈球面均匀分布； 优选地，所述喷孔的孔径为O. 3-lmm,优选O. 3-0. 5mm ； 优选地，所述喷孔的孔间距为O. 4-1. 2mm,优选O. 4-0. 8mm。
8.如权利要求1-7之一所述的溅射镀膜装置，其特征在于，所述靶材接负压，保持靶材的电位为-20(T-600V，优选-30(T-500V ； 优选地，所述基片接地、悬浮或接负电压，所述基片的电位为_5'20V ； 优选地，所述真空腔体接地。
优选地，所述阳极装置接地，或接-KT+10V的电压。
9.一种用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜方法，其特征在于，所述方法采用如权利要求1-8之一所述的溅射镀膜装置进行，包括如下步骤 (I)在真空腔体内，将覆有石墨烯薄膜的基片安装在靶材的相对的一侧；(2)排除真空腔体内的空气，通入氩气，保持真空腔体内的压力为O.4-0. 6Pa,优选O.5Pa ； (3)给靶接通负电压，真空腔体的室壁接地，阳极装置接地或接通正电压，电场作用下进行溅射镀膜，得到覆有TCO膜层的石墨烯薄膜； 其中阳极装置的电位比基片的电位高2-10V。
10.一种如权利要求9所述的用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜方法的用途，其特征在于，所述方法用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜，优选用于在石墨烯薄膜上生成TCO透明导电薄膜，进一步优选用于在石墨烯薄膜上生成AZO透明导电薄膜或FTO透明导电薄膜。
全文摘要
本发明涉及一种用于在石墨烯薄膜上生成透明导电薄膜的溅射镀膜装置，包括真空腔体、靶材和基片，所述真空腔体接地，靶材接负电，基片接正电、悬空或接地，所述靶材和基片之间设中性原子可通过的阳极装置，所述阳极装置的电位大于或等于基片的电位。本发明提供的溅射镀膜方法实现了在石墨烯薄膜上生成透明导电电极膜层并且不破坏石墨烯膜层的目标；并且能够获得均匀的镀膜，减小了透明导电膜的电阻率的作用；且工艺简单，成本低，所得产品性能优异。
文档编号C23C14/34GK103060761SQ20131000862
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月10日 优先权日2013年1月10日
发明者刘志斌, 杨晓晖, 黄海东, 陈凯 申请人:无锡力合光电石墨烯应用研发中心有限公司, 无锡力合光电传感技术有限公司