一种采用沉积法制备氧化钛薄膜的方法与流程

文档序号:11319882阅读:501来源:国知局

本发明涉及导电材料领域,具体涉及一种采用沉积法制备氧化钛薄膜的方法。



背景技术:

透明导电薄膜是一种兼备高导电及可见光波段高透明特性的基础光电材料,广泛应用于显示器、发光器件、太阳能电池、传感器、柔性触摸屏等光电显示领域,具有广泛的商业应用前景。

染料敏化太阳能电池由光阳极、染料、电解质和对电极四部分组成。其中,光阳极和对电极的基底材料都是透明导电玻璃。目前,常用的透明导电层主要为氧化铟锡(ito)和氟掺杂的氧化锡(fto)。fto是最早实现工业化生产的透明导电薄膜,制备工艺简单、成熟,但是与ito相比导电率较低,ito是目前市场上需求量最大的透明导电薄膜,光电性能十分优秀,但是铟会对环境造成污染,且价格昂贵,另外,ito还存在不耐高温的缺点,从而限制了染料敏化太阳能的发展和应用。透明导电层还被广泛应用于有机太阳能电池、钙钛矿型太阳能电池和量子点敏化太阳能电池等。

在过往研究中,铟掺杂氧化锡(ito)和铝掺杂氧化锌(zao)已经获得广泛的应用。但上述材料仍存在较多局限:如铟元素是地球上的稀缺元素并具有一定毒性,折射率有限(均小于2)、在还原气体氛围中不够稳定等。与之相比,二氧化钛具有极高的折射率(2.2-2.4,与硅膜相近);和机械强度,稳定的化学特性,高的介电常数等优异性能,在半导体光电器件中具有广泛的应用价值,近年来被着重研究过。因而二氧化钛的透明导电薄膜近年来收到广泛的关注。

经对现有技术检索,大多数技术是利用各类导电物质制备的油墨涂布或者喷涂在柔性基底上制备成柔性透明导电薄膜,此类技术制备的透明导电薄膜,虽然具有较好的薄膜附着力,但光学透过率和导电性能仍然有待提升。



技术实现要素:

本发明提供一种采用沉积法制备氧化钛薄膜的方法,本发明有效解决了氧化物透明导电薄膜与柔性聚酯基底匹配性不好,附着性差,容易发生脱落的关键性问题,本发明采用原子层沉积方法,基于tio2自身的优异的宽禁带性能,采用能够在较低温度下能够气化的三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺铬作为铬前驱体源,有效降低了实验条件和能耗,且原子层沉积工艺过程参数易于控制。

为了实现上述目的,本发明提供了一种采用沉积法制备氧化钛薄膜的方法,该方法包括如下步骤:

(1)对聚酯基底进行等离子体表面处理

将柔性聚酯基底放入含有一定洗洁剂的去离子水中,在去离子水中超声10-15min;然后,用柔软干净的毛刷逐一对柔性聚酯基底的正反面进行洗刷以去除基底表面的污垢和油污,之后,用去离子水反复冲洗基底,直至基底无泡沫为止;接着,将柔性聚酯放入乙醇中超声10-15min,以去除基底表面的有机物,之后,用去离子水反复冲洗基底4-6次;接着,将柔性聚酯基底进行去离子水超声25-30mins,然后,将容器中超声后的去离子水倒出,加入新的去离子水;最后,将洁净的柔性聚酯从去离子水中逐一取出平铺在洁净的大号培养皿上,一起放进温度为55-60℃的洁净烘箱内进行烘烤24-30h;

将清洗、干燥后的柔性聚酯基底放入磁控溅射机的腔体内,关闭磁控溅射机的所有阀门、窗口、所有靶材正下方的溅射挡板,对腔体进行抽真空,至3×10-4-5×10-4pa;

将反溅射挡板旋转至柔性聚酯基底的正上方,通入氩气和氧气,调节聚酯基底与反溅射挡板的间距,设定相应的氩氧比例、总体气体流量、工作气压、溅射功率和等离子体处理时间,对柔性聚酯基底表面进行反溅射等离子体处理;

(2)采用四氯化钛为钛前驱体源,三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺铬为铬前驱体源,高纯水为氧前驱体源,将上述经等离子体处理后的聚酯基底加热后,采用将前驱体源进行沉积组合进行多组循环后制备出需要的透明导电薄膜;

其中:

四氯化钛和水在室温下即可,三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺铬需加热至55℃;

所采用的沉积组合由n个tio2沉,n<35,掺杂1个cr掺杂沉积组成;即进行n个tio2沉积组合后,引入1个cr掺杂沉积;

所进行的tio2沉积是:当沉积腔真空度在15pa以下时,向沉积腔体引入1个四氯化钛脉冲,后采用高纯氮气清洗沉积腔;后引入1个水蒸汽脉冲进行反应形成单个tio2原子层与反应残留物,然后用高纯氮气清洗沉积腔;该过程中,四氯化钛脉冲的持续时间为0.5s;氮气清洗时间5s;水蒸气脉冲持续时间为0.3s;氮气冲洗时间2s;将该过程重复n次即可;

所进行的cr掺杂沉积是:当n个tio2沉积完成后;引入1个四氯化钛脉冲,持续0.5s,用氮气清洗5s;后引入1个三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺铬脉冲;用高纯氮气清洗沉腔后,再引入1个水蒸气脉冲进行反应;接着用高纯氮气清洗沉积腔,完成cr掺杂沉积;该过程中,三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺铬脉冲的持续时间为0.5s,氮气清洗时间6s,水蒸气脉冲持续时间为0.3s,氮气冲洗时间6s。

优选的,在步骤(1)中,等离子处理的工艺为:聚酯基底与反溅射挡板的间距为35-40mm;氩氧比例为5:1-6:1;氧气和氩气纯度均为99.99%;总气体流量为20-25sccm;工作气压为0.4-0.6pa;溅射功率为25-45w;等离子体处理时间为70-90s。

具体实施方式

实施例一

将柔性聚酯基底放入含有一定洗洁剂的去离子水中,在去离子水中超声10min;然后,用柔软干净的毛刷逐一对柔性聚酯基底的正反面进行洗刷以去除基底表面的污垢和油污,之后,用去离子水反复冲洗基底,直至基底无泡沫为止;接着,将柔性聚酯放入乙醇中超声10min,以去除基底表面的有机物,之后,用去离子水反复冲洗基底4次;接着,将柔性聚酯基底进行去离子水超声25mins,然后,将容器中超声后的去离子水倒出,加入新的去离子水;最后,将洁净的柔性聚酯从去离子水中逐一取出平铺在洁净的大号培养皿上,一起放进温度为55℃的洁净烘箱内进行烘烤24h。

将清洗、干燥后的柔性聚酯基底放入磁控溅射机的腔体内,关闭磁控溅射机的所有阀门、窗口、所有靶材正下方的溅射挡板,对腔体进行抽真空,至3×10-4

将反溅射挡板旋转至柔性聚酯基底的正上方,通入氩气和氧气,调节聚酯基底与反溅射挡板的间距,设定相应的氩氧比例、总体气体流量、工作气压、溅射功率和等离子体处理时间,对柔性聚酯基底表面进行反溅射等离子体处理。等离子处理的工艺为:聚酯基底与反溅射挡板的间距为35mm;氩氧比例为5:1;氧气和氩气纯度均为99.99%;总气体流量为20sccm;工作气压为0.4pa;溅射功率为25w;等离子体处理时间为70s。

采用四氯化钛为钛前驱体源,三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺铬为铬前驱体源,高纯水为氧前驱体源,将上述经等离子体处理后的聚酯基底加热后,采用将前驱体源进行沉积组合进行多组循环后制备出需要的透明导电薄膜;

其中:

四氯化钛和水在室温下即可,三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺铬需加热至55℃。

所采用的沉积组合由n个tio2沉,n<35,掺杂1个cr掺杂沉积组成;即进行n个tio2沉积组合后,引入1个cr掺杂沉积。

所进行的tio2沉积是:当沉积腔真空度在15pa以下时,向沉积腔体引入1个四氯化钛脉冲,后采用高纯氮气清洗沉积腔;后引入1个水蒸汽脉冲进行反应形成单个tio2原子层与反应残留物,然后用高纯氮气清洗沉积腔;该过程中,四氯化钛脉冲的持续时间为0.5s;氮气清洗时间5s;水蒸气脉冲持续时间为0.3s;氮气冲洗时间2s;将该过程重复n次即可。

所进行的cr掺杂沉积是:当n个tio2沉积完成后;引入1个四氯化钛脉冲,持续0.5s,用氮气清洗5s;后引入1个三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺铬脉冲;用高纯氮气清洗沉腔后,再引入1个水蒸气脉冲进行反应;接着用高纯氮气清洗沉积腔,完成cr掺杂沉积;该过程中,三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺铬脉冲的持续时间为0.5s,氮气清洗时间6s,水蒸气脉冲持续时间为0.3s,氮气冲洗时间6s。

实施例二

将柔性聚酯基底放入含有一定洗洁剂的去离子水中,在去离子水中超声15min;然后,用柔软干净的毛刷逐一对柔性聚酯基底的正反面进行洗刷以去除基底表面的污垢和油污,之后,用去离子水反复冲洗基底,直至基底无泡沫为止;接着,将柔性聚酯放入乙醇中超声15min,以去除基底表面的有机物,之后,用去离子水反复冲洗基底6次;接着,将柔性聚酯基底进行去离子水超声30mins,然后,将容器中超声后的去离子水倒出,加入新的去离子水;最后,将洁净的柔性聚酯从去离子水中逐一取出平铺在洁净的大号培养皿上,一起放进温度为60℃的洁净烘箱内进行烘烤30h。

将清洗、干燥后的柔性聚酯基底放入磁控溅射机的腔体内,关闭磁控溅射机的所有阀门、窗口、所有靶材正下方的溅射挡板,对腔体进行抽真空,至5×10-4pa。

将反溅射挡板旋转至柔性聚酯基底的正上方,通入氩气和氧气,调节聚酯基底与反溅射挡板的间距,设定相应的氩氧比例、总体气体流量、工作气压、溅射功率和等离子体处理时间,对柔性聚酯基底表面进行反溅射等离子体处理。等离子处理的工艺为:聚酯基底与反溅射挡板的间距为40mm;氩氧比例为6:1;氧气和氩气纯度均为99.99%;总气体流量为25sccm;工作气压为0.6pa;溅射功率为45w;等离子体处理时间为90s。

其中:

四氯化钛和水在室温下即可,三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺铬需加热至55℃。

所采用的沉积组合由n个tio2沉,n<35,掺杂1个cr掺杂沉积组成;即进行n个tio2沉积组合后,引入1个cr掺杂沉积。

所进行的tio2沉积是:当沉积腔真空度在15pa以下时,向沉积腔体引入1个四氯化钛脉冲,后采用高纯氮气清洗沉积腔;后引入1个水蒸汽脉冲进行反应形成单个tio2原子层与反应残留物,然后用高纯氮气清洗沉积腔;该过程中,四氯化钛脉冲的持续时间为0.5s;氮气清洗时间5s;水蒸气脉冲持续时间为0.3s;氮气冲洗时间2s;将该过程重复n次即可。

所进行的cr掺杂沉积是:当n个tio2沉积完成后;引入1个四氯化钛脉冲,持续0.5s,用氮气清洗5s;后引入1个三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺铬脉冲;用高纯氮气清洗沉腔后,再引入1个水蒸气脉冲进行反应;接着用高纯氮气清洗沉积腔,完成cr掺杂沉积;该过程中,三(乙基甲基氨基)叔丁酰胺铬脉冲的持续时间为0.5s,氮气清洗时间6s,水蒸气脉冲持续时间为0.3s,氮气冲洗时间6s。

以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明做任何限制,凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1