本发明属于电子功能薄膜材料及薄膜光学领域,涉及一种casno3/ag/casno3多层结构柔性透明导电薄膜及其制备方法。
背景技术：
钙钛矿结构氧化物具有丰富的物理特性，包括高温超导电性、铁电/压电特性、磁电阻特性、多铁性等，是目前研究最广泛的功能材料之一。随着钙钛矿微结构中新奇光电特性的发现和钙钛矿结构光伏电池的蓬勃发展。钙钛矿结构的透明导电氧化物激发了科学工作者极大的兴趣，因为它们具有与其他钙钛矿材料在晶格和能级匹配上的优异性，利于提高全钙钛矿光电器件的性能。碱土金属锡酸盐casno3是一类宽禁带钙钛矿结构氧化物，具有n型立方钙钛矿结构，禁带宽度大于3.0ev。但是未掺杂的casno3的电阻率在极高，难以满足应用要求。金属薄膜具有优异的电学导电性，但是其光学透过性极差。本发明尝试将casno3和金属薄膜进行复合制备，综合利用这两类材料的各自优势，制备casno3/金属/casno3多层结构柔性透明导电薄膜。此外，在常被用来作为中间金属层的材料中，金属ag相对于au具有低的电阻率和成本，相对于cu具有更好的化学稳定性，是作为金属层的最佳选择。因此本发明中选用ag作为导电金属层设计并在有机柔性基底上制备casno3/ag/casno3多层结构柔性透明导电薄膜。
磁控溅射方法制备透明导电薄膜薄膜，具有沉积速率高、薄膜附着性好、易控制并能实现大面积沉积等优点，因而成为当今工业化生产中研究最多、工艺最成熟和应用最广的一项方法。因此选用磁控溅射技术来制备casno3/ag/casno3多层结构柔性透明导电薄膜。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，利用磁控溅射沉积技术，提供一种成本低廉而性能优良的casno3/ag/casno3多层结构柔性透明导电薄膜及其制备方法。
本发明提供一种casno3/ag/casno3多层结构柔性透明导电薄膜，通过磁控溅射沉积法制备得到，所述导电薄膜包括上下两层casno3层、casno3层中间夹着ag层，采用透明柔性衬底；所述casno3层的厚度为20nm～50nm，所述ag层的厚度为7nm～13nm，所述透明柔性衬底可以为聚碳酸酯衬底、聚对苯二甲酸类衬底、聚萘二甲酸乙二醇酯衬底中任意一种。
本发明还提供一种casno3/ag/casno3多层结构柔性透明导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述casno3靶材和ag靶材装入磁控溅射腔体内，靶材与衬底的距离优选为50mm～80mm；
(2)先后用去离子水超声清洗透明柔性衬底，并用高纯氮气吹干，放入磁控溅射腔体中；
(3)将磁控溅射系统的本底真空度抽至5.0×10-3pa以下，使用氩气作为溅射气体溅射casno3层，溅射功率为30～100w，进行沉积得到casno3层；
(4)步骤3完成后，利用氩气作为溅射气体开始溅射ag层。溅射功率10～80w，沉积得到ag层；
(5)重复步骤3，在ag层表面沉积一层casno3层。
进一步地，其中casno3靶材的纯度为98％以上，ag靶材纯度为99％以上。
进一步地，其中所述步骤3中ar的纯度均在99.99％以上，溅射总气压0.3～15pa。
进一步地，其中所述步骤4中溅射气压为0.3～15pa。
步骤1中，将所述casno3靶材和ag靶材装入磁控溅射腔体内，满足以下条件：
(a)casno3和ag靶材可以为任意市售或者自制靶材，casno3靶材的纯度为98％以上，ag靶材纯度为99％以上。
(b)casno3/ag/casno3多层结构柔性透明导电薄膜是由上下两层casno3中间夹着ag层以及透明柔性衬底组成。透明柔性衬底组成可以为聚碳酸酯衬底、聚对苯二甲酸类衬底、聚萘二甲酸乙二醇酯衬底等。
(c)靶材与衬底的距离优选为50mm～80mm。
步骤2中，先后用去离子水超声清洗透明柔性衬底10分钟，并用高纯氮气吹干，放入磁控溅射腔体中。
步骤3中，待步骤2完成后，将磁控溅射系统的本底真空度抽至5.0×10-3pa以下，使用氩气作为溅射气体溅射casno3层。溅射功率为30～100w，进行沉积得到casno3层，满足以下条件：
(a)所述步骤2中ar的纯度均在99.99％以上。
(b)所述casno3层的厚度可以通过调节制备工艺参数或沉积时间控制。
(c)所述溅射总气压0.3～15pa。
(d)casno3层的厚度为20nm～50nm。
步骤4中，步骤3完成后，利用氩气作为溅射气体开始溅射ag层。溅射功率10～80w，沉积得到ag层，满足以下条件：
(a)ag层的厚度可以通过调节制备工艺参数或沉积时间控制。
(b)所述溅射气压为0.3～15pa。
(c)ag层的厚度为7nm～13nm。
步骤5重复步骤3，在ag层表面沉积一层casno3层。
本发明实施例提供的半导体/金属复合多层导电薄膜及其制备方法，采用磁控溅射沉积法，交替溅射，限制层厚，制得的casno3/ag/casno3多层结构柔性透明导电薄膜的性能优良，成本低廉，适合工业化生产。
附图说明
图1为实施例1中制备在聚碳酸酯衬底上casno3/ag/casno3多层结构柔性透明导电薄膜的光学透过性能(紫外-可见光谱)图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。在不背离本发明的技术解决方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动都将落入本发明的权利要求范围之内。
实施例1
1.将casno3靶材(纯度99.99％)与定做的ag靶(纯度99.99％)一起装入真空腔体内。
2.然后，先后用去离子水超声清洗聚碳酸酯衬底10分钟，并用高纯氮气吹干，放入磁控溅射腔体中。
3.将磁控溅射系统的本底真空度抽至5.0×10-4pa。通入高纯(99.999％)的氩，压强调节为0.6pa，固定靶和衬底的距离为6.0cm，溅射功率为80w，进行沉积得到30nm后的casno3薄膜。
4.步骤3结束后，将真空度再次抽至5.0×10-4pa，然后通入0.8pa的纯氩气，在20w的功率下对ag层进行溅射，进行沉积得到10nm后的ag薄膜。
5.步骤4结束后，将磁控溅射系统的本底真空度抽至5.0×10-4pa。通入高纯(99.999％)的氩，压强调节为0.6pa，固定靶和衬底的距离为6.0cm，溅射功率为80w，进行沉积得到30nm后的casno3薄膜。完成casno3/ag/casno3多层结构柔性透明导电薄膜的制备。
图1为实施例1中制备在聚碳酸酯衬底上casno3/ag/casno3多层结构柔性透明导电薄膜的光学透过性能(紫外-可见光谱)图谱，可见在可见光范围内(380nm-780nm)的平均光学透过率达80％。所得到的casno3/ag/casno3多层结构柔性透明导电薄膜的方块电阻为12ω/□。
实施例2
1.将casno3靶材(纯度99.99％)与定做的ag靶(纯度99.99％)一起装入真空腔体内。
2.然后，先后用去离子水超声清洗聚碳酸酯衬底10分钟，并用高纯氮气吹干，放入磁控溅射腔体中。
3.将磁控溅射系统的本底真空度抽至5.0×10-3pa。通入高纯(99.999％)的氩，压强调节为1.5pa，固定靶和衬底的距离为8.0cm，溅射功率为100w，进行沉积得到50nm后的casno3薄膜。
4.步骤3结束后，将真空度再次抽至5.0×10-3pa，然后通入1.5pa的纯氩气，在80w的功率下对ag层进行溅射，进行沉积得到13nm后的ag薄膜。
5.步骤4结束后，将磁控溅射系统的本底真空度抽至5.0×10-3pa。通入高纯(99.999％)的氩，压强调节为1.5pa，固定靶和衬底的距离为8.0cm，溅射功率为100w，进行沉积得到50nm后的casno3薄膜。
所制备casno3/ag/casno3多层结构柔性透明导电薄膜可见在可见光范围内(380nm-780nm)的平均光学透过率达70％。所得到的casno3/ag/casno3多层结构柔性透明导电薄膜的方块电阻为9.0ω/□。
实施例3
1.将casno3靶材(纯度99.99％)与定做的ag靶(纯度99.99％)一起装入真空腔体内。
2.然后，先后用去离子水超声清洗聚碳酸酯衬底10分钟，并用高纯氮气吹干，放入磁控溅射腔体中。
3.将磁控溅射系统的本底真空度抽至3.0×10-4pa。通入高纯(99.999％)的氩，压强调节为0.3pa，固定靶和衬底的距离为4.0cm，溅射功率为30w，进行沉积得到20nm后的casno3薄膜。
4.步骤3结束后，将真空度再次抽至3.0×10-4pa，然后通入0.3pa的纯氩气，在10w的功率下对ag层进行溅射，进行沉积得到7nm后的ag薄膜。
5.将磁控溅射系统的本底真空度抽至3.0×10-4pa。通入高纯(99.999％)的氩，压强调节为0.3pa，固定靶和衬底的距离为4.0cm，溅射功率为30w，进行沉积得到20nm后的casno3薄膜。
所制备casno3/ag/casno3多层结构柔性透明导电薄膜可见在可见光范围内(380nm-780nm)的平均光学透过率达82％。所得到的casno3/ag/casno3多层结构柔性透明导电薄膜的方块电阻为27ω/□。
实施例4
1.将casno3靶材(纯度99.99％)与定做的ag靶(纯度99.99％)一起装入真空腔体内。
2.然后，先后用去离子水超声清洗聚碳酸酯衬底10分钟，并用高纯氮气吹干，放入磁控溅射腔体中。
3.将磁控溅射系统的本底真空度抽至3.0×10-4pa。通入高纯(99.999％)的氩，压强调节为0.9pa，固定靶和衬底的距离为6.0cm，溅射功率为30w，进行沉积得到20nm后的casno3薄膜。
4.步骤3结束后，将真空度再次抽至3.0×10-4pa，然后通入0.9pa的纯氩气，在50w的功率下对ag层进行溅射，进行沉积得到9nm后的ag薄膜。
5.将磁控溅射系统的本底真空度抽至3.0×10-4pa。通入高纯(99.999％)的氩，压强调节为0.9pa，固定靶和衬底的距离为6.0cm，溅射功率为30w，进行沉积得到20nm后的casno3薄膜。
所制备casno3/ag/casno3多层结构柔性透明导电薄膜可见在可见光范围内(380nm-780nm)的平均光学透过率达80％。所得到的casno3/ag/casno3多层结构柔性透明导电薄膜的方块电阻为18ω/□。
对比例1
与实施例1相同，除了ag层厚度为5nm，casno3层厚度为60nm。平均光学透过率达62％，方块电阻为59ω/□。
对比例2
与实施例1相同，除了ag层厚度为15nm，casno3层厚度为15nm。平均光学透过率达78％，方块电阻为11ω/□，成本远高于实施例1。