一种制备透明导电膜的方法与流程

本发明涉及光电材料制备技术领域，特别涉及一种制备透明导电膜的方法。

背景技术：

随着社会和科学的发展，人类对功能材料的需求日益迫切。新型功能材料透明导电氧化物薄膜(Transparent Conductive Oxide，简称TCO)具有优异的光电性能，在可见光范围内不但透过率高，而且导电性好，广泛应用在显示器、触控屏、发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)、太阳能等产业。

TCO中最具代表性的是氧化铟锡(Indium Tin Oxide，简称ITO)薄膜。ITO薄膜包括质量比为9:1的In2O3和SnO2，Sn原子可以代替In2O3晶格中的一些In原子，贡献出一个电子到导带上，同时ITO在缺氧状态下还产生氧空穴，具有非常优异的电导率。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

目前在LED芯片和薄膜高效电池生产中，采用ITO薄膜的TCO的透过率和电阻率还未达到最优，需要更高透过率和更低电阻率的TCO，以使产品性能更好。

技术实现要素：

为了解决现有技术TCO的透过率和电阻率还未达到最优的问题，本发明实施例提供了一种制备透明导电膜的方法。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种制备透明导电膜的方法，所述方法包括：

对基底依次进行超声清洗、冲洗干净、甩干、烘干；

在所述基底上交替形成陶瓷氧化物层和金属层；

对所述陶瓷氧化物层和所述金属层进行退火处理，所述金属层渗入所述陶瓷氧化物层形成透明导电膜。

可选地，所述在所述基底上交替形成陶瓷氧化物层和金属层，包括：

将所述基底放入磁控溅射腔；

对所述磁控溅射腔抽真空；

向所述磁控溅射腔内通入设定比例的Ar和O2，保持所述磁控溅射腔内的压强在设定范围内；

对陶瓷氧化物靶和金属靶分别进行溅射，在所述基底上交替形成陶瓷氧化物层和金属层。

优选地，所述Ar的流量为380～500sccm。

优选地，所述O2的流量为20～100sccm。

优选地，所述设定范围为0.3～1Pa。

可选地，所述对所述陶瓷氧化物层和所述金属层进行退火处理，包括：

采用快速热退火RTA技术对所述陶瓷氧化物层和所述金属层进行退火处理。

可选地，所述退火处理的温度为500～650℃。

可选地，所述金属层的厚度小于3nm。

可选地，所述金属层的材料为Al、Ti、Ga、Ge中的一种。

可选地，所述陶瓷氧化物的材料为氧化铟锡ITO。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在基底上交替形成陶瓷氧化物层和金属层，并对陶瓷氧化物层和金属层进行退火处理，金属层渗入陶瓷氧化物层形成透明导电膜，金属层和陶瓷氧化物层薄膜在氧气环境中经过高温退火会相互作用，金属原子会扩散到陶瓷氧化物层薄膜中，部分金属原子会替代陶瓷氧化物层薄膜中的金属原子(ITO中的In)，从而使陶瓷氧化物层薄膜的带隙增加，进而透过率随之明显增加，电阻率随之大幅度降低，大大提升了透明导电膜的性能，适合大规模生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种制备透明导电膜的方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的方法与传统方法制作的透明导电膜的透射率的对比图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例

本发明实施例提供了一种制备透明导电膜的方法，参见图1，该方法包括：

步骤101：对基底依次进行超声清洗、冲洗干净、甩干、烘干。

具体地，基底可以为超白玻璃、有机玻璃、柔性衬底中的一种。

在具体实现中，可以先使用酒精对基底进行超声清洗，再用去离子水将基底冲洗干净，尽可能去除基底上的杂质，最后对基底进行甩干和烘干等干燥处理。

步骤102：在基底上交替形成陶瓷氧化物层和金属层。

在本实施例的一种实现方式中，该步骤102可以包括：

将基底放入磁控溅射腔；

对磁控溅射腔抽真空；

向磁控溅射腔内通入设定比例的Ar和O2，保持磁控溅射腔内的压强在设定范围内；

对陶瓷氧化物靶和金属靶分别进行溅射，在基底上交替形成陶瓷氧化物层和金属层。

在实际应用中，陶瓷氧化物靶和金属靶的电源系统是独立控制的，陶瓷氧化物靶和金属靶可以分别工作，也可以同时工作。具体地，待磁控溅射腔内的压强稳定后，开启陶瓷氧化物靶材的电源，先沉积一层陶瓷氧化物薄膜，然后关闭陶瓷氧化物靶材电源，关闭O2流量计，1min后开启金属靶电源，沉积一层金属薄膜(厚度不超过3nm)，关闭金属靶电源。1min后开启O2流量计，开启陶瓷氧化物靶材电源，再沉积一层陶瓷氧化物薄膜，关闭陶瓷氧化物靶材电源，关闭O2流量计，1min后开启金属靶电源，沉积一层金属。如此反复，交替形成陶瓷氧化物层和金属层。

具体地，陶瓷氧化物层的层数可以为一层，也可以为多层。金属层的层数可以为一层，也可以为多层。

具体地，对磁控溅射腔抽真空后，需要使得磁控溅射腔的本底真空度达到10^-3Pa。其中，本底真空度是指在真空镀膜中利用真空抽气系统使在一定的空间内的气体达到一定的真空度，而这一真空度恰能满足该种被镀物品沉积时所要求的真空度。

可选地，Ar的流量可以为380～500sccm。

可选地，O2的流量可以为20～100sccm。

可选地，设定范围可以为0.3～1Pa。

实验证明，当Ar的流量为380～500sccm、O2的流量为20～100sccm、设定范围为0.3～1Pa时，陶瓷氧化物层和金属层的形成效果较好。

可选地，金属层的厚度可以小于3nm，以确保金属层充分渗透到陶瓷氧化物层中。

可选地，金属层的材料可以为Al、Ti、Ga、Ge中的一种。采用通用材料，实现成本低。

优选地，金属层的材料可以为Al。

可选地，陶瓷氧化物的材料可以为氧化铟锡(Indium Tin Oxide，简称ITO)。采用通用材料，实现成本低。

具体地，ITO的组分质量比可以为In2O3:O2＝9:1。

步骤103：对陶瓷氧化物层和金属层进行退火处理，金属层渗入陶瓷氧化物层形成透明导电膜。

具体地，该步骤103可以包括：

采用快速热退火(Rapid Thermal Annealing，简称RTA)技术对陶瓷氧化物层和金属层进行退火处理。

可选地，退火处理的温度可以为500～650℃。

在实际应用中，先将基底放入RTA腔体中，再进行抽真空，当真空度小于0.05mtorr时，通入0.3～20sccm的高纯O2，同时开始升温，在温度上升到500～650℃后维持5～15min进行退火处理。其中，通入O2的量取决于陶瓷氧化物层和金属层的厚度，陶瓷氧化物层和金属层越厚，通入的O2越多。

需要说明的是，退火处理的过程中，陶瓷氧化物层和金属层相互作用，金属原子会扩散到陶瓷氧化物层薄膜中，增加陶瓷氧化物层薄膜的带隙，进而增加陶瓷氧化物层薄膜的透过率并降低陶瓷氧化物层薄膜的电阻率。

图2为本实施例提供的方法与传统方法制作的透明导电膜的透射率的对比图，厚度为600埃的透明导电膜，本实施例提供的方法制备的透明导电膜的透过率(曲线1)比传统方法制备的透明导电膜的透过率(曲线2)高出3～4％。

下表一为本实施例中提供的方法与传统方法制备的透明导电膜的方阻的对比表：

表一

厚度为600埃的透明导电膜，在不同退火条件下，本实施例提供的方法制备的透明导电膜的方阻比传统方法制备的透明导电膜的方阻小得多。

本发明实施例通过在基底上交替形成陶瓷氧化物层和金属层，并对陶瓷氧化物层和金属层进行退火处理，金属层渗入陶瓷氧化物层形成透明导电膜，金属层和陶瓷氧化物层薄膜在氧气环境中经过高温退火会相互作用，金属原子会扩散到陶瓷氧化物层薄膜中，部分金属原子会替代陶瓷氧化物层薄膜中的金属原子(ITO中的In)，从而使陶瓷氧化物层薄膜的带隙增加，进而透过率随之明显增加，电阻率随之大幅度降低，大大提升了透明导电膜的性能，适合大规模生产。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。